【嫦娥奔月】中國嫦娥五號月球探測器順利發射,將前往月球挖土並帶回

本文來源:中新社

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作者:郭超凱

北京時間11月24日4時30分,中國在文昌航天發射場用長征五號遙五運載火箭,成功將嫦娥五號月球探測器送入地月轉移軌道,發射取得圓滿成功。

這是中國探月工程「繞、落、回」三步走的收官之戰,同時也是中國目前技術難度最大、系統組成最復雜的航天任務之一。

此次任務將實現中國首次地外天體采樣返回。

中國航天史上五個「首次」

嫦娥五號探測器是中國首個實施無人月面采樣返回的航天器,有望實現中國航天史上的五個「首次」。

——首次月面自動采樣。

作為此次任務的核心關鍵之一,月球表面自動采樣封裝是嫦娥五號任務中最引人注目的一個環節。

為此,中國航天科技集團所屬中國空間技術研究院的設計師們採用表鑽結合、多點采樣的方式,精心設計了兩種「挖土」模式:鑽取和表取。

當著陸上升組合體順利軟著陸在月球表面,嫦娥五號將開展為期約 2 天的月面工作,采集約2千克月壤並進行密封封裝,經月面起飛、月球軌道交會對接、月地轉移和再入回收等過程將月球樣品安全送至地球家園。


——首次月面起飛上升。

當嫦娥五號完成月面工作後,它就要踏上「回娘家」的旅程,這就是涉及到突破中國航天史上另一個首次—— 月面起飛上升。

順利完成月壤采樣封裝後,上升器就要準備月面點火起飛,這是一個高難度科目。

月球表面環境複雜,著陸器不一定是四平八穩的狀態,很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同地形。這給起飛帶來很大難度。

此外,探測器還要克服地月環境差異、發動機羽流導流空間受限等難題。月面起飛時必須依靠航天器「自力更生」,實現起飛時自主定位、定姿。

——首次月球軌道交會對接。

當著陸器托舉上升器實現月面起飛上升後,嫦娥五號一路飛奔而去。但是僅僅依靠上升器是不能返回地球的,它需要飛到月球軌道上,在這里與軌返組合體交會對接,把采集到的月壤轉移到返回器。

經過多年的實踐探索,中國在載人航天領域已經熟練掌握了近地軌道交會對接技術,但是在 38 萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接不僅在中國尚屬首次,而且也是人類航天史上的第一次。

——首次帶月壤高速再入返回地球。

當返回器帶著月壤,從 38 萬公里遠的月球風馳電掣般向地球飛來,它的飛行速度是接近每秒 11 公里的第二宇宙速度。一旦速度過猛,返回器將一頭撞向地球,後果不堪設想,因此必須讓返回器減速飛行。

科研人員創新提出了半彈道跳躍式再入返回技術方案,就像在太空打水漂一樣,讓返回器先是高速進入大氣層,再借助大氣層提供的升力躍出大氣層,然後以第一宇宙速度紮入大氣層,返回地面。

整個過程環環相扣,確保嫦娥五號能安全順利地降落在內蒙古四子王旗著陸場。

——首次自取月球樣品的存儲、分析和研究。

嫦娥五號探測器隨身攜帶各種「神器」,采集約 2千克月壤並進行密封封裝並安全送回地球。

科研人員將首次對中國自取月球樣品進行存儲、分析和研究。

▲圖為嫦娥五號探測器 來源:中國空間技術研究院

2020 年最具「分量」發射

此番「長五」送「嫦五」,被視為今年中國最具「分量」的探測器發射任務。

嫦娥五號月球探測器重達8.2 噸,是中國目前發射的重量最重的探測器。

今年7月23日發射的天問一號火星探測器重約 5 噸;此前中國發射的嫦娥三號、嫦娥四號月球探測器重量約為 4 噸。

嫦娥五號探測器需要進入近地點 200公里、遠地點 41 萬公里的地月轉移軌道,這對運載火箭的能力提出了很高要求。

▲圖為長征五號遙五火箭垂直轉運。駱雲飛 攝

「在長征火箭家族中,只有長征五號運載火箭可以將8噸重的載荷直接送入地月轉移軌道,這是對運載火箭能力的集中檢驗,也是對中國航天能力的最佳註解。」

長征五號火箭第一總指揮、中國航天科技集團所屬中國運載火箭技術研究院黨委書記李明華說。

執行此次任務的長征五號運載火箭是中國新一代大推力低溫液體運載火箭,全長近 57 米,起飛重量約 870 噸,起飛推力超過 1000 噸;地球同步轉移軌道(GTO)運載能力可達 14 噸,是目前中國運載能力最大的火箭。

長征五號火箭和嫦娥五號探測器「強強聯手」,有望實現中國首次月球采樣返回。

從立項到發射,嫦娥五號探測器歷時 10 年。

圍繞關鍵核心技術和諸多難點、風險點,中國空間技術研究院先後突破了月表采樣任務所涉及到的 20 餘項關鍵技術和總體設計優化技術、地面試驗驗證技術,確保了嫦娥五號探測器方案設計合理,各項功能性能滿足任務要求。

▲圖為嫦娥五號探測器 來源:中國空間技術研究院

探月三步走收官之戰

中國探月工程於2004年立項實施,確定了「繞、落、回」三步走戰略規劃。嫦娥一號到嫦娥四號任務的成功實施,已圓滿完成三步走戰略的前兩步。如今嫦娥五號探測器發射升空,有望實現探月工程三步走的最後一步「回」。

由中國航天科技集團研制的嫦娥五號探測器是迄今為止中國研制的最為複雜的航天器系統之一,由軌道器、返回器、著陸器、上升器 4個器組成,包含 15 個分系統。

在此次任務中,嫦娥五號探測器將經過20 餘天的在軌飛行,采集約2千克的月球樣品返回地球。

期間包含發射入軌、地月轉移、近月制動、環月飛行、著陸下降、月面工作、月面上升、交會對接與樣品轉移、環月等待、月地轉移、再入回收等11 個階段。

中國國家航天局表示,嫦娥五號任務計劃實現三大工程目標:

一是突破窄窗口多軌道裝訂發射、月面自動采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、月球樣品儲存等關鍵技術,提升中國航天技術水平;

二是實現中國首次地外天體自動采樣返回,推動中國科學技術重大進步;

三是完善探月工程體系,為中國未來開展載人登月與深空探測積累重要的人才、技術和物質基礎。

嫦娥五號任務的科學目標主要是開展著陸點區域形貌探測和地質背景勘察,獲取與月球樣品相關的現場分析數據,建立現場探測數據與實驗室分析數據之間的聯繫。

對月球樣品進行系統、長期的實驗室研究,分析月壤的結構、物理特性、物質組成,深化月球成因和演化歷史的研究。

深空探測永不停歇

自古以來,月亮始終吸引著人們的眼球,探月夢想由來已久,神話故事中嫦娥服下丹藥,飛上月球。如今,「嫦娥」系列探測器在長征系列火箭的托舉下,已五度奔月。

從嫦娥一號實現中國千年奔月夢想,到嫦娥二號首次實現中國對小行星的飛越探測、嫦娥三號成功實現落月、嫦娥四號實現人類歷史上首次月球背面軟著陸,再到嫦娥五號即將實現中國首次地外天體采樣返回……

自2004年啟動以來,中國探月工程連戰連捷,碩果累累。

中國探月工程副總設計師於登雲曾表示,中國探月工程起步晚但起點高,經費投入少但科技產出多,發射次數少但成功率高,中國探月正從「跟跑、並跑」走向部分「領跑」。

後續,中國探索月球的步伐依舊穩健:嫦娥六號、嫦娥七號、嫦娥八號等探測器還將實施第二次采樣返回、月球極區資源詳查以及一些關鍵技術的月面試驗和技術利用。

九天攬月星河闊,十六春秋繞落回。浩瀚宇宙,人類探索的腳步永不停歇。

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