Google Lunar：想要3000萬美金嗎？去月球上吧！

說到當今的登月計畫，除了美國阿提米斯外，中國也有載人登陸月球，並且已經進行過多次無人探測任務。甚至打算建立長期駐人基地，而這個計畫就是——「嫦娥工程」。

近期關於嫦娥工程的新消息：中國宣佈發現了月球上的全新礦物，並將它命名為「嫦娥石」。

中國目前的太空實力究竟如何？嫦娥工程到底在做些什麼？比起五十多年前的美國阿波羅計畫，中國的登月計畫又有什麼不同之處？

中國的太空科技實力

中國的太空實力雖然不是最頂尖，但無疑名列前茅，由於起步相對美俄晚了一些，同時在太空相關領域的透明度又比較低，再加上政治等因素，讓中國的太空發展相關消息蒙了一層面紗，鮮少出現在世人眼前。

回到 1950 年代，美蘇太空競賽如火如荼地進行著，追逐著許多人類從未完成過的壯舉。1957 年 10 月，蘇聯史波尼克一號衛星發射成功，引起全球的高度關注；中共政權看見蘇聯成功的同時，也萌生了自己發射人造衛星的想法……。

時間來到美蘇太空競賽打得最火熱的 1960 年代，中國的太空科技發展也沒有寂靜，由於中共對於軍事科技的需求，又受益於留美學者歸國和蘇聯的技術援助，飛彈及火箭技術逐漸發展成熟；美國阿波羅十一號載人登月成功隔年，中國發射了第一顆人造衛星「東方紅一號」，成為繼蘇、美、法、日後，第五個成功自主發射人造衛星的國家。

值得一提的是，「東方紅一號」由於是運行在幾乎沒有空氣阻力的中地球軌道，至今它仍持續繞著地球轉！

近二十年中國的太空發展也有了許多新進展，2003 年神州五號升空，太空人楊利偉搭著神州太空船繞地球 14 圈後安全返回，完成中國史上首次載人太空任務；在此之後，透過長征系列火箭及神舟太空船，持續執行了好幾次載人太空任務。而在 2022 年底，中國完成太空站「天宮」的建造，亦是目前世上僅有的兩座現役太空站之一。

嫦娥工程

「嫦娥工程」於 2004 年正式啟動，預期的工程方向大致分為：前期的無人探測器探月、中期執行載人登月任務，長期則以建設月球基地並讓基地常駐太空人為目標；目前正陸續進行前期的無人探測任務，中期載人任務則還在準備階段。

美國和蘇聯早在五十幾年前就在進行月球探測任務了，阿波羅十一更在 1969 年成功載人登月，中國現在才在進行探月任務，有什麼亮點是值得我們關注的呢？

和當年美蘇太空競賽時期探月任務相似的是，這一系列任務都是一個國家從無到有探測月球，同時將目標放在未來的載人登月的準備上。然而時間相差 50 年，如今電腦、通訊等各方面技術進展，因此嫦娥工程能用更少的任務次數和更精簡的預算，完成任務目標。

例如前期的無人探測器探測，技術難度由簡單到困難大致可以分為：飛掠、硬著陸、繞行、軟著陸，最困難的則是軟著陸後，採樣返回地球；而為嫦娥工程打頭陣的嫦娥一、二號兩項任務，都是一次就成功進入月球軌道環繞月球，到嫦娥三號就已經軟著陸月球，並讓玉兔號月球車在月球上行駛，還拍下了嫦娥三號在月球表面的照片。

不過，中國嫦娥工程的獨特之處，從接下來的任務才開始。

翻開過去登月任務的歷史紀錄就會發現，由於受到地球潮汐力影響，月球永遠都是以同一面面對地球（該現象被稱為「潮汐鎖定」），因此所有的登月任務，不論是無人探測器，或是阿波羅計畫中的每一次登陸，都是在月球面向地球的這一面進行。

那該怎麼解決這個難題的呢？中國在月球後方的「地月第二拉格朗日點」，設立了一座名為「鵲橋」的通訊中繼衛星；如此一來，鵲橋衛星就可以一直駐留在月球背面運行，維持地球與月球背面不間斷的通訊。

2018 年鵲橋衛星成功抵達預定軌道，從此讓月球的背面不再是無法觸及的通訊死角，同年年底嫦娥四號成功著陸月球背面，玉兔二號也開始在月球背面行駛，在人類的探月歷史上，達成一項全新的成就。

嫦娥工程最近一次的任務是在 2020 年，嫦娥五號完成了月球表面樣本採樣，並帶回了將近兩公斤的月球岩石；這是自 1970 年代後，終於再次有月球表面的樣本被送回地球。就在不久前，中國科學家從這批樣本中發現了目前只在月球上被發現、全新的礦物種類，並且命名為「嫦娥石」。

中國載人登月真的會實行嗎？未來的展望如何？

根據目前（2023）已知的規劃，嫦娥工程預計將發射嫦娥六號、七號、八號三顆無人探測器。

嫦娥六號原本是嫦娥五號的備份探測器，因此整體設計與任務流程應與嫦娥五號大同小異；但與嫦娥五號不一樣的是，嫦娥六號將飛到月球背面進行採樣。若成功，這將會是人類史上第一次獲得來自月球背面的月岩樣本！

嫦娥七號則將聚焦在探月計畫中各國的必爭之地——月球南極。本次任務進行兩次發射，第一次預計於 2024 年進行，將發射「鵲橋二號」中繼通訊衛星前往月球軌道；與前輩鵲橋號一樣，目的是為了確保未來多個任務與地球之間能夠隨時保持通訊。第二次任務則在 2026 年，將一次發射軌道器（Orbiter）、登陸艇（Lander）、探測車（Rover）與飛躍器（Hopper）在月球南極的永夜隕石坑（Permanently shadowed crater），尋找對未來月球開發至關重要的水冰。

最後，嫦娥八號的初步規劃與嫦娥七號類似，都是由四個部分組成；但比起嫦娥七號的「探測」，嫦娥八號有個更重要的任務，那就是為中國的「國際月球科研站 ILRS」打下基礎。這輪世界各國探月競賽不只是要上去插旗子而已，而是要建立永久基地，永續利用月球資源。

在無人探測之外，中國對載人登月的準備也在如火如荼進行中。雖然具體細節仍不明朗，但是中國多年來一直有在研究比長征五號更大、更強、能夠進行承擔登月任務的新火箭。

比如前陣子在中國載人航天工程三十年成就展上，就展出了下一代載人火箭長征十號，以及其搭配的載人太空船與登陸艇的模型。根據目前的規劃，長征十號將於 2027 年首飛，能將 27 公噸的酬載送往月球。

經過二十年的努力，中國的探月計畫順利地走過了無人繞月、登月以及採樣返回的過程，交出相當亮眼的成績，未來更有多個任務正蓄勢待發……。

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50 年前，美蘇之間的太空競賽造就了無數的故事和科技創新。50 年後，一支從 SpaceX 太空競賽誕生的以色列團隊，要挑戰一件前無古人的事情：靠著民間資助及技術能力，送一顆探測器上月球去。

目前歷史上只有 3 個國家曾經在月球上成功降落過探測器（軟著陸，不是計劃性墜毀的硬著陸），按時間排列依序為蘇聯、美國、中國。而最近幾年民營太空計畫和重返月球的話題和重要性越來越明確，Space X 的成功、美國宣布重返月球、中國登陸月球背面等等的事情，一再的告訴我們～舊愛可能還是最美，熟悉的月球在未來最對味。

或許有些天文迷已經知道 SpaceIL 團隊和創世紀號（希伯萊語： Beresheet）的故事。但在最終報告還沒出來之前，我們還有很多時間可以認識一下這近期最野心蓬勃的登月計畫和與其團隊 SpaceIL 奮鬥的故事。

功敗垂成的 Lunar X Prize大賽

｢今天我們要向世界各地的民間團隊提出挑戰，請他們設計、建造月球探測器，並儘速將成品送上月球表面，讓探測器在月面上移動 500 米，還必須回傳 1G 的高解析影像及數據。｣

以上～就是大名鼎鼎的 Lunar X Prize 的比賽重點，看起來很單純是吧？這個著名的獎項在 2007 年宣布，原本預計在 2012 年結束，但是經過不斷的延期，最後才在去（2018）年 3 月由主辦單位宣告比賽結束。

長達 11 年的比賽過程，有將近 30 支隊伍參加，但沒有人完成任務。有些人可能會認為 Lunar X Prize 失敗了，但這其實可以視為一場慘烈的大成功：因為這些（雖然沒有成功登月的）團隊靠自己的能力，發展出了新時代的硬體和技術。

以色列登月團隊 SpaceIL的誕生

來自以色列，打造了創世紀號的SpaceIL 團隊，就是參賽隊伍之一。他們在漫長的競賽結束之後，仍決定堅持下去，試著去完成任務。

一切要從 2010 年說起，一位名叫亞里夫‧巴許（Yariv Bash）的年輕工程師，聽說了當時 Lunar X Prize 的事，而有個瘋狂的構想（可參見預告片 5:45的畫面），他找了另外兩位夥伴，分別是電子工程師跟電腦學家，想要從零開始參加這場競賽，連草圖都在第一天完成了，上面還寫了可能會有的問題和時程表。

但是就像每一個剛起步的民營公司、創業者會遇到的問題：他們需要錢。

他們很幸運的某個大型會議上遇見以色列媒體業富豪莫里斯卡恩（Morris Kahn），非常樂意贊助整個計畫。 SpaceIL 團隊由此建立，開始了他們另類的月球探測器計畫，該探測器後來經由民眾投票取名為創世紀號。

創世紀號很小，沒裝燃料大約才 160 公斤，尺寸跟廚房餐桌差不多大。而在沒有多餘時間或人力設計零件的情況下，他們利用很多現成物件，加入一些巧思，然後大量運用 3D 列印技術來產生需要的設備，例如它的腳有另外鋁製的蜂巢結構，用來吸收與月球表面接觸時的衝擊能量。為了節省太空艙的建造費用，SpaceIL 甚至沒在上面裝太多的防護設備。

「老實說……這些東西（太多的零件）很可能會變成阻礙，在前往月球的路上就壞掉，所以你如果想做個簡單的首次太空任務，只要規劃能撐幾天的系統就好」計畫主持人巴許在紀錄片《登月50周年鉅獻：以色列登月計畫》裡面說到。

Lunar X Prize 競賽宣布結束後，很多團隊都停止開發，但是仍有少數幾個公司繼續堅持自己的道路，SpaceIL 就是其中一個（另一個比較有名的是Moon Express）。Lunar X Prize 宣布結束時，創世紀號已經設計好，也準備好要搭載在 Space X 的火箭上，只差沒有發射。團隊此時需要新的一輪資金才能在接下來 1 年內順利發射，幸好另一位猶太裔富商謝爾登‧阿德爾森（Sheldon Gary Adelson）此時加入了這場計畫。最後～創世紀號完成了，花的不多……總共花了大概 1 億美金。

創世紀號的旅程與目的

2019 年 2 月 21 日，創世紀號搭著獵鷹型火箭，跟著一個美國空軍的機密衛星和印尼的通訊衛星一起升空。

它預計在離開地球軌道之後，獨自旅行七週才會到月球……等等，阿波羅計畫不是 4 天就到了嗎？為什麼創世紀號要這麼久？這也就跟整個創世紀號的設計理念有關──它並不是走最快路線，而是要靠著重力拋射，走抵達月球最省燃料的路線。創世紀號總共要走 640 萬公里，比阿波羅 11 號還遠了 1 倍，但它只需要裝 570 公斤的燃料而已，跟其他登月計畫相比，根本是芝麻般的重量。

至於創世紀號的任務是什麼呢？當然不只是拍拍照這麼簡單。

在今年月球與星球科學協會（Lunar and Planetary Science Conference, LPSC）中，SpaceIL 團隊針對創世紀號的任務提出了詳細的說明。除了研究與測量月球本身的磁場之外，創世紀號最特別的任務內容大概就是要重新登陸在當年阿波羅 17 號著地的地點：澄海。當年阿波羅計畫總共在澄海登陸兩次，傳回的資料讓科學家發現這個地方有磁場異常，這在月球上是很少見的一件事情。

紀錄片《以色列登月計畫》中提到：「我們計畫連接磁場異常與特殊地形的關係，主要利用剩磁的特性。磁場與月球地貌的理應是連續性的關係，如果我們假設寧靜海的磁場相對於月球其他地方（或其他區域的玄武岩）更高但是也比較穩定，但這裡只有表面破裂的地方產生磁場，因為場線與地貌有關係。」

團隊希望創世紀號上面搭載的磁力儀能帶給我們更多資訊，讓我們瞭解月球的磁場變動歷史。將月球岩石磁力與地質年代的研究連結起來，會讓我們對月球的形成歷程有新的認識。

創世紀最後的旅程與未來

密集研究月球地磁，需要在月球軌道上待很久的時間，這也是創世紀號面臨的挑戰。因為資料需要花兩天的時間傳送回地球，這段期間內會遭遇到月球軌道上高得誇張的溫差。在任務第四天，正準備要點燃推進器的那一刻，甚至發生了電腦停擺的情況。SpaceIL 團隊認為故障原因可能是宇宙射線或范艾倫帶的輻射線能量超出預測值，儘管最後使用遠端通信的方式修復了這種情況，但並不是這台迷你探測機最後的苦難。

今年的 4 月 11 日，創世紀號離開月球軌道開始往月球表面墜落，過程中通訊都沒問題就此進入著陸程序，創世紀號逐漸往月球表面降落，途中還傳來一張在太空中拍攝的照片。在接近月球表面時，創世紀號點燃反向火箭，照理講這時候應該要減速的，但回傳資料顯示垂直速度還是很快，主引擎似乎出了問題，在離地 150 公尺處……創世紀號的訊號停止了。

所有軟登月的任務中，任務是否成功都要取決於著陸。沒錯，最近一次嘗試要登陸月球的新成員創世紀號，最終與以失敗收場。SpaceIL 團隊在斷訊後就無法再聯絡上創世紀號，只是到今天，都還沒有確定的答案到底為什麼機械會在最後一刻失靈。

但是之後無論是誰、無論來自宇宙何方，只要找到創世紀號，就會發現團隊在船上塞了幾件非常特別的物品：一枚小硬幣上刻寫了整部聖經，每個字母都只有微生物大小；還有一個時光膠囊，這個時光膠囊容納了所有參與建造這艘太空船的人的夢想和希望。

雖然創世紀號的登月最終失敗了，但要提醒大家，最偉大的技術和突破，都是在一群人協力追逐同一個夢想中的過程產生的。

Discovery頻道《登月50週年鉅獻》每週六晚間 7 點播出
《登月50週年鉅獻：以色列登月計畫》8月3日晚間 7 點首播

這真的是世界第一好懂的科學課

你可能會大失所望，火箭之所以能飛上天，原理其實真的非常簡單。首先，你要有負載物，也就是那些你想送上太空的東西，接著，你需要一個由燃燒室與噴射口構成的引擎。我們從牛頓第三定律－作用力等於反作用力得知，如果引擎點燃燃料後施力在一大堆熱氣上，那麼那堆熱氣也會施力在引擎上；只要來自熱氣的力大於火箭的重量，火箭就會開始加速，並從發射台上升空。

牛頓萬有引力定律告訴我們，一旦火箭進入繞行地球的軌道，便會持續保持在橢圓形軌道上，不需要我們額外給任何動力。最後，根據牛頓第一定律，任何逃脫地球重力場的太空船，都將以等速率飛向外太空。

一般噴射機可以從大氣吸進大量氧氣來助燃，但火箭卻必須自己攜帶氧氣。若使用固體燃料，氧氣由固態化學物質，例如APCP的高氯酸銨或炸藥中的硝酸鹽提供；若用液態燃料，煤油和液態氧則是各裝一個儲槽，再由幫浦送去點燃。一般來說，如果出了什麼可怕的錯誤，採用液態推進劑的助推器可以叫停，所以比點燃後停不下來的固體推進劑安全一點。不論是哪種，火箭都能夠持續燃燒燃料，就算已經離開大氣層也一樣。

大多數人以為從地球到月球的一路上需要持續燃燒燃料，其實不必。首先，你燃燒掉大部分的燃料來讓自己上到低軌道。在那裏準備轉換到月球的重力場，此時，稍微燃燒一些燃料就能讓你進入一個相當大的橢圓形軌道，地球和月球分屬兩端；在阿波羅計畫中，這過程稱為「月球轉移軌道射入」（Trans-Lunar Injection）。

你到達月球後，會再短暫燃燒燃料讓自己慢下來，然後進入圓形的停泊軌道，並從那裡派登月小艇下到月球表面。之後當每個人都安全回到太空艙後，再次燃燒燃料可以讓你進入另一個相當大的橢圓形軌道，把你送到地球大氣層的邊緣；進入大氣層的角度不能太淺，以免又從大氣層彈回外太空。接著，你就等著安全掉進海裡了。

當然，地球和月球都不是標準的球形，而且你還需要考慮太陽的重力，所以要在計算中做一些修正，才能讓一切都上軌道。總之，牛頓的三大運動定律以及萬有引力定律是我們的數學工具，幾乎可以用來計算每樣與登月相關的重要事項：需要多大的力才能讓火箭升空？需要多少燃料？要在哪裡發射火箭？它會在月球的哪個準確地點降落？太空船重新進入地球的大氣層後，會掉在哪個地方？

沒錯，你已經達成任務了；接下來我們來了解人類建造過最棒的火箭吧—農神五號。

火箭人

1960 年代登月競賽如火如荼進行時，不管你怎麼去包裝，蘇俄與美國的太空計畫說穿了就是：把二次大戰時納粹研發出來、性能超優異的V2火箭，改裝成彈道飛彈，只不過彈頭裡不是放炸藥，而是幾個太空人。1945 年春天德國戰敗後，美蘇想盡辦法要搶到V2火箭；美國得到了V2的設計者馮布朗（Wernher von Braun, 1912-1977）。蘇俄拿到了火箭，由自己的火箭設計專家—科羅里夫（Sergei Korolev, 1907-1966），從V2火箭上所得到的知識，成功建造了第一枚多節火箭R-7，並且在1957 年10 月4日利用它發射了人造衛星旅伴號，為美蘇太空競賽鳴槍起跑。

R-7 有兩節火箭，都是燃燒煤油與液態氧。分節是火箭設計上的重要發明，一部分原因是，你可以把不必要的質量丟棄；另一部分原因是，最後幾節的燃料幫浦系統可以設計成專門在外太空的真空中（而非在有大氣壓力的狀況下）運作。

美國人對旅伴號的回應是成立NASA ，並且派馮布朗主導設計一枚足以跟R-7 抗衡的火箭。他發明的火箭系列統稱為「農神」，把我們送上月球的就是農神五號。

農神五號共有三節，第一節由五具巨大的F-1引擎構成，在燃燒煤油與液態氧兩分鐘後被丟棄時，已經把火箭送到約65公里的高空。第二節火箭裝載了五具J-2引擎，燃燒液態氫與氧約六分鐘，就可以把火箭帶到距地表約200公里的高空。第三節是由另一具燃燒氫與氧的J-2引擎構成的，燃燒約兩分鐘後，把農神五號送進圓形的低軌道，接著火箭會暫時停止燃燒燃料，讓太空人得以調整一下呼吸，然後再次點火，燃燒約五分鐘，把火箭送上通往月球的軌道。

那麼俄國人呢？很可惜，科羅里夫用來回應農神五號的火箭N-1，一直卡在測試階段。1966 年他的逝去是重要原因，另外，他設計的火箭過於複雜也是原因之一。直立起來只比農神五號少幾公尺的N-1 火箭同樣是由三節構成，但光是第一節就有超過三十個引擎。四次測試發射都以失敗收場，相較之下美國人在1969 年7 月後卻一次又一次登上月球，俄國人實際上已經輸掉這場太空競賽了。

登月明證

這一切要從水星計畫談起，當時他們已經有辦法每次把一位太空人送上低軌道繞行地球。接下來發展在外太空駐留技術的雙子星計畫，一來鞏固了水星計畫的成果，二來進一步聚焦成更重要的阿波羅登月計畫。

阿波羅計畫先是把月球引力當做彈弓，讓阿波羅八號從月球身旁盪過再彈回來；然後才終於在1969 年7 月20日利用阿波羅十一號，把第一架登月小艇送上月球。在

六次登月任務中，美國太空人都會把電視畫面傳回地球、拍照、採集岩石標本，甚至在月球表面架設反射鏡，我們到現在都還經常發射雷射光到這些反射鏡上，以便測量它們到地球的距離。

然而，至今仍有傳言說人類並沒有登上月球，為什麼？其中一個原因是，在阿波羅十七號之後，我們就沒再回去月球。經過一段時間後，整件事感覺上就開始變得不真實。

另外，水門事件緊接在登月任務後爆發，而事件主角正好就是在多次彩帶慶功遊行中與太空人握手的那位總統，這起案件讓大眾對美國政府及其所屬組織（例如NASA）失去信心。另一個原因是共用閘道介面（CGI）的出現。

對1969 年那些觀看電視實況轉播的觀眾來說，一切都是眼見為憑，但是今天觀眾的觀念卻是：圖像只不過是可以隨意操弄的一堆數字罷了。

讓我們用科學的角度來解釋這些登月陰謀論的疑惑吧。如果阿姆斯壯是第一個登陸月球的人，那麼誰拿相機拍他？沒人，而是架在登月小艇外的相機。如果NASA狡滑到捏造出整起登月事件，那麼他們會粗心到派攝影師到登月小艇外，拍攝阿姆斯壯走下登月小艇的照片嗎？難道大導演史丹利．庫伯利克（如果他真的是這段影片的導演）不會想到這點嗎？

在太空人的照片中看不到星星，是因為登陸時間是安排在月球的白天，有陽光照射在月球表面。照片的曝光度是配合月球上的陽光，而不是配合昏暗得多的星象。如果登月事件是NASA捏造的，那麼忘記把星星放進背景裡，NASA就該檢討了。你可以在某些影片中看到旗子在飄動，但月球上不是沒有風嗎？這沒什麼好奇怪的，因為從牛頓第一定律我們已經得知，除非有力作用在東西身上，不然它喜歡安分的保持等速運動。月球上沒有空氣來減緩旗子的運動，所以即使它一時糾結成一團，之後還是會繼續動起來的。拜託，就不要覺得連月球上的隕石也是NASA假造的了吧……

近距離接觸

所以1969 年7 月20 日是我們第一次冒險離開自己居住的行星，踏上最近的鄰居—月球。我們即將看到，在未來的幾十年裡，還會有其他太空探險行動，我們會先再次造訪月球，然後可能去登陸一顆小行星，然後肯定會再旅行到火星及更遠的星球上。那麼，有什麼東西等著我們去發現？在太陽系的其他行星上有生命嗎？銀河系中有其他文明嗎？在可觀測宇宙的更遙遠之處又如何？在直徑長達九百三十億光年的那一團黑暗之中有其他生命嗎？

老實說，當我們自問「冒險離開地球軌道，到太陽系或更遠的地方探索，會發現什麼東西」時，心中絕對不是只想到可能帶回什麼樣的石頭。我們心中的圖像應該是比較類似「星艦迷航記」裡的情況：從一個星系巡航到另一個星系，把智慧傳給那些看起來很像人類、穿著清涼太空裝的外星人。

但是我們有什麼證據支持外星人存在？他們會長什麼樣？像克林貢人還是博格人？現在我們可以來問科學界最發人深省的問題之一，這個著名問題是義大利物理學家費米（Enrico Fermi, 1901-1954）提出的：「大家都到哪去了？」

本文摘自《世界第一好懂的科學課》，天下文化出版社出版。