去月球挖土有多难？从50年前的苏联月球采样活动说起......
最早尝试月球探测的是美国空军
1958年8月到12日，美国共发射了四个先驱者号探测器。
第一个探测器在发射到16千米高时，运载火箭发生爆炸，探测器也粉身碎骨。尝试遭到彻底失败。
后来发射的另外３个探测器都达到了相当的高度，例如10月11日发射的先驱者2号，已经达到距地球近11万4千公里的高度。
先驱者2号月球探测器
苏联的月球探测尝试比美国成功得多
月球1号探测器
月球3号探测器
月球3号拍摄的月球背面照片
美国开始时运气一直不佳
20世纪60年代初，苏美太空竞赛的一个重要项目是实现探测器在月球表面软着陆。
1961年到1962年，美国发射了5颗新的徘徊者号探测器
经过大量的改进，并进一步提高可靠性之后，1964年1月30日发射的徘徊者6号在开始阶段取得了很大成功。
徘徊者７号及拍摄的月面照片
在月面上软着陆也是苏美竞赛的重要内容
从1963年开始，苏联尝试发射了10个探测器，都没有获得成功。
1966年1月31日，苏联发射的月球９号终于首次在月面上实现软着陆。
月球9号探测器
它的着陆方式很独特：在火箭充分降低飞行速度后，月球９号开始登陆。当撞杆触地时，仪器舱即分离开。为了保证它呈预定的姿态，以便摄像机等正常工作，它的底部很重，在滚动的过程中，这个仪器舱类似于一个不倒翁，可以使之呈直立姿态。
月球9号着陆器
在4天的工作寿命期间，月球９号探测器发回大量关于月球的资料，包括着陆周围的全景图。
月球9号拍摄的月面照片
1966年3月31日发射的月球10号成为第一个人造月球卫星。它重1600千克，运行在350×1017公里的轨道上，对月球及周围环境进行了长时间的观测，获得了大量宝贵的科学资料。
这两个探测器为苏联的再一次领先立下了功劳。
20世纪60年代美国宇航局最主要的任务的实施阿波罗登月计划。
苏联也曾经实施过登月计划，但由于登月火箭n-1研制过程中遇到重重困难，难以赶上美国的步伐。因此，苏联计划研制自动月球采样飞行器，希望赶在美国阿波罗11号登月前自动取回月球样品。
为此，苏联在月球系列探测器中，研制了第三代月球探测器。由于探测器质量较大，因此采用大型运载火箭质子-k号发射。
质子-k运载火箭
苏联发射卫星等航天器都有一个命名规则：航天发射成功后才有一个正式命名。
我们看到月球探测器1号、2号、3号以及9号等，实际上都是发射后才得到这些名称的。如果发射失败，一般就不正式命名了，而是以代号来称呼或编入宇宙系列航天器之中。这一策略使人们感觉苏联发射航天器的成功率很高。
质子号火箭是20世纪60年代中期研制的大型运载火箭，曾广泛用于空间站、大型月球探测器及火箭探测器的发射。
由于研制初期问题很多，因此发射的月球采样探测器曾遭遇一系列失败。
月球15号探测器
1969年9月23日，苏联发射宇宙300，也是一颗月球采样探测器。同样由于运载火箭上面级问题，该探测器只进入了低地球轨道，未能飞向月球。
1969年10月22日，苏联发射宇宙305探测器，也只是进入了低地球轨道。
1970年2月6日，苏联第五次发射月球采样探测器（内部编号e-8-5no.405），还是由于火箭发射故障，探测器连地球轨道都未能进入。
直到1970年9月12日，苏联第六次尝试发射采样探测器，才首次取得成功，月球16号终于到达月球并取回101克月球土壤样品。
月球16号采样探测器
此时，美国已经两次登月成功，取回的月球岩石和土壤样品56千克，远远超过苏联月球16号取回的样品。
月球16号取得的成就仍然值得称赞，它是人类首个在月球上自动采样并返回地球的探测器。
整个探测器高约4米，底部直径约4米，发射质量约5800千克。探测器由下降级与上升级组成。
上升级位于探测器上部，负责把装有月球样品的返回舱送回地球。
月球16号软着陆和采样返回过程如下：
发射进入地球轨道：
月球16号于1970年9月12日由质子-k号火箭发射升空，首先进入远地点241千米、近地点185千米、倾角51.5°的近地轨道。
地月转移飞行：
月球16号进入地球轨道70分钟后，开始向月球方向加速并达到第二宇宙速度。惯性飞行1天后，探测器主发动机点火6.4秒，完成常规航向校正。
进入月球轨道：
9月17日，月球16号启动推进系统，进入高110千米、倾角70°的初始月球圆轨道。
9月18日和19日，探测器进行了2次轨道机动：首先，月球16号转移到远月点110千米、近月点15千米的椭圆轨道；然后，将探测器轨道调整到倾角61°、远月点106千米的月球环绕轨道。
月球软着陆：
月球16号在9月20日接近近月点，制动发动机启动6分钟后关闭，下降级在高度2米时，以每秒2.4米的速度在月面实现软着陆，着陆点位于月球南纬0°41'、东经56°18'的富海东北部区域。
月面采样操作：
月球16着陆后约1小时，自动钻孔机开始钻入月球表面提取月壤样品，样品质量为101克。7分钟后，钻孔机在距月表35厘米处停止。接着，仪器被收回，样品被封装于返回舱内。
月球16号采样示意图
月面起飞：
在月面停留26小时25分后，9月21日07:43，月球16号上升级以下降级为平台从月面起飞，开始为期3天的返回地球的旅程。
返回地球并降落：
9月24日05:25，月球16号采样探测器返回舱在哈萨克斯坦杰兹卡兹甘东南80千米处打开降落伞，08:25返回舱安全着陆。
月球16号返回舱示意图
月球16号自动采样取得成功，引起世界广泛关注。采集的样品也成为收藏者竞相收藏的宝贝。1993年，月球16号采集的大约0.2克的月球样品在苏富比拍卖行拍出44.24万美元的高价值。
1976年8月9日，苏联发射月球24号成功完成了自动采样任务，它降落在此前未曾涉足的月球危海区域，降落点为北纬12°15’、东经62°12’。
月球24号模型
月球24号与月球16号和20号不同，它采集的是月球表面深度为2米的样品，共计170克。
月球24号采样探测器
月球24号上升级月球起飞示意图
月球24号返回舱再入大气层
总计苏联共发射了11颗月球自动采样探测器，只有3颗取得了成功，共采集月球土壤样品326克。
月球24号返回舱
8次失败中有5次是因为运载火箭故障，有2次是因为探测器故障未能实现在月面软着陆，有1次是探测器（月球23号）到达月面后倾覆，无法执行采样任务。
月球24号取回的月壤样品
月球16号等3个自动采样探测器取得的成功，是苏联深空探测活动的重要里程碑事件。
尽管取得的成就无法与美国的阿波罗载人登月计划相比，但该计划证明苏联完全具备了无人自动月球采样的技术能力。
无人月球采样可以少花钱，办大事，而且不会危及人的安全。从这个意义上讲，苏联的自动月球采样计划是成功的，为人类深入开展月球科学研究提供了新的方案。
月球24号取回的月壤样品
参考文献
[1] 计都.苏联无人采样返回任务取得巨大成就.国际太空,2011(1)：20-22
[2] 顾诵芬,史超礼,李成智等.世界航天发展史.郑州：河南科学技术出版社，2000.
[3] 吴伟仁主编.奔向月球.北京：中国宇航出版社,2007.
[4] 刘林宗等编著.探月的故事.北京：中国宇航出版社，2008.
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