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嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

本文作者:付静 2020-11-24 11:16
导语:“长五遥五送嫦五,冬月奔月去探月。”

北京时间 2020 年 11 月 24 日凌晨 4 时 30 分,海南文昌发射场,搭载着“嫦娥五号”探测器的长征五号遥五运载火箭成功点火发射。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

在众人的注视和欢呼声中,“胖五”腾空而起,开始了它运送探测器至地月转移轨道的任务,文昌的上空瞬间无比耀眼。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

由于长征五号运载火箭发动机出现故障,原计划于 2017 年出发的“嫦娥五号”迟到了三年。终于,中国首次地外天体采样返回之旅开启,而这也是我国迄今为止最为复杂的航天任务。

九天揽月星河阔,十六春秋绕落回

早在 1994 年,我国航天科技工作者就开始了探月活动的必要性和可行性研究,随后的 1996 年和 1998 年,我国先后完成了探月卫星的技术方案研究、卫星关键技术研究。

在长达 10 年的研究过后,2004 年我国探月工程立项实施,最终确定中国整个探月工程分 3 个阶段进行,即我国探月工程「三步走」战略。

此次,“嫦娥五号”探测器将为我们带回月球的第一抔土,实际上正是我国探月工程「三步走」战略的最后一步。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

具体来讲,「三步走」战略即绕-落-回:

  • 绕:发射月球探测卫星绕月飞行,通过遥感探测,获取月表三维影像,探测有用元素含量和物质类型、月壤特性和地月空间环境等。

  • 落:发射月球软着陆器,携带月球巡视勘察器,进行月球软着陆和自动巡视勘测,探测地形地貌、地质构造、岩石成分、月表环境,进行月岩现场探测和采样分析以及日-地-月空间环境监测与月基天文观测。

  • 回:发射月球软着陆器,进行月球样品自动取样并返回地球,在地球上对取样进行分析研究。

实际上,上述三步正是自地球至地外天体飞行技术、地外天体着陆技术、自地外天体返地技术的三次突破。

从 2004 年工程立项,到 2007 年 10 月 24 日第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”发射,再到今日凌晨“嫦娥五号”探测器顺利出发,「九天揽月」的理想已走过 16 个年头。

据国家航天局介绍,此次“嫦娥五号”任务计划实现以下目标:

  • 提升我国航天技术水平:主要在于突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月球样品储存等关键技术;

  • 实现我国首次地外天体自动采样返回,推动我国科学技术重大进步;

  • 完善探月工程体系,为我国开展载人登月与深空探测积累重要的人才、技术和物质基础。

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与此同时,“嫦娥五号”也将实现我国开展航天活动以来的四个“首次”:

  • 首次在月球表面自动采样;

  • 首次从月面起飞;

  • 首次在 38 万公里外的月球轨道上进行无人交会对接;

  • 首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

要实现上述成就,并非一件易事。

主要的几大难点如下:

第一个难点在于发射——“嫦娥五号”落月后要经历月面发射任务,而落月范围容易存在误差,会影响到发射点经纬度、坡度、高程的变化,所以“嫦娥五号”必须知道自己身处的精确位置和状态。

第二个难点在于着陆——“嫦娥五号”不仅要月面着陆,更要地面着陆。由于月地间的距离遥远,在返回地球时,火箭的温度会随着速度不断上升,在进入地球大气层时可能会因为温度问题再入失败。

第三个难点在于封装——为防止月壤样品分别在离开月球、再入的过程中不受影响,“嫦娥五号”将进行月面封装、月轨封装两步。要全程自动完成这项细致的工作,难度可想而知。

第四个难点在于月球轨道对接——此前我国的空间自主交会对接工作都是在地球轨道上进行的,相比地球轨道,月球轨道附近的地面站、人造卫星提供的服务资源少了很多。

整个任务将持续约 23 个地球日,最终“嫦娥五号”也将在月球收集 2 公斤样本,任务整体难度相当之大。

雷锋网了解到,“嫦娥五号”作为中国首个实施无人月面取样返回的航天器,全重 8.2 吨,由轨道器(提供动力的地月穿梭巴士)、返回器(带着样本回到地球)、着陆器(用于登月过程时的下降)、上升器(带着样本从月球起飞)四部分组成。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

四部分的具体安排是:

地月转移、近月制动、环月飞行后,着陆器和上升器与轨道器和返回器分离,轨道器、返回器留轨运行,着陆器承载上升器实施月球正面预选区域软着陆,按计划开展月面自动采样等后续工作。

值得一提的是,“嫦娥五号”的结构相比「前浪」们要复杂得多——“嫦娥一号”与“嫦娥二号”仅有一个轨道器,“嫦娥三号”与“嫦娥四号”则是着陆器+巡视器的设计。

2019 年,“嫦娥四号”首次在月球背面着陆,而此次“嫦娥五号”要在较短的时间内在月球正面收集物质。对此,德国明斯特大学的行星地质学家 Carolyn van der Bogert 表示:

这是一项重要的技术能力。

作为无人探月史上最重的探测器,“嫦娥五号”所搭乘的载具正是长征五号运载火箭——我国迄今为止技术跨度最大、运载能力最强、推力最大的一型大型运载火箭。

于 2006 年立项研制的长征五号系列运载火箭为新一代运载火箭中芯级直径为 5 米的火箭系列,相比于长征家族的其它成员,长征五号系列个头大、腰围粗,因此也被亲切地称为“胖五”。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

运载能力是衡量火箭实力的一项重要指标,而“胖五”可以说是实力非凡——长征五号是我国运载能力最强的火箭,可实现近地轨道 25 吨级、地球同步转移轨道 14 吨级的运力,地火转移轨道的运载能力 6 吨,地月转移轨道的运载能力 8.2 吨。

在世界现役火箭中,长征五号与 SpaceX 公司建造的猎鹰重型火箭(近地轨道运载能力 63.8 吨、地球同步轨道运载能力为 26.7 吨)和美国德尔塔重型火箭(可将最多 28.79 吨的有效载荷送入低地轨道、将 11 吨有效载荷送入通信卫星所在的地球同步轨道)共同处于世界领先水平。

时隔 44 年登月采样

直到今天,成功从月球上「挖土」回来的国家只有前苏联和美国,而上一次任务迄今已经过去了 44 年。

1969 年 7 月,阿波罗 11 号成功采集月球样本 21.55 千克。那一次任务也是人类首次成功登月。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

1969 年,阿波罗 12 号出征,开启了人类第二次载人登月任务,采集月球样本 34.35 千克。

1970 年 9 月 12 日,当时已在月球竞赛中落后的前苏联发射了月球 16 号探测器,它是人类历史上第一个实现在月球上自动取样并送回地球的探测器,采集了月球样本 101 克。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

1971 年,阿波罗 14 号出发,在人类第三次载人登月任务中,美国宇航员采集了月球样本 42.27 千克。

同年,阿波罗 15 号也奔赴月球,这是人类第四次载人登月,也是宇航员首次驾驶月球车,当时采集到的样本为 77.31 千克。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

1972 年 2 月,前苏联的月球 20 号再次出发,由于遇上了玄武岩,仅采集到了月球样本 55 克。

同年,美国的阿波罗 16 号和阿波罗 17 号也先后登月,采集的样本分别为 95.7 千克、110.5 千克。

4 年后的 1976 年 8 月 9 日,前苏联的月球 24 号发射,这是前苏联发射的最后一艘月面采样返回无人探测器,采集到的样本有 170.1 克。

至此,美国已从月球取回 381 千克样品,前苏联则取回样品共 330 克。

1978 年那年,美国总统在中美恢复建交后向我国赠送了 1 克珍贵的月壤,其中 0.5 克用于我国月球探测工程首席科学家、“嫦娥之父”欧阳自远院士及其团队进行研究,剩余 0.5 克则存放于北京天文馆。

值得一提的是,仅凭着 0.5 克样本,欧阳自远院士研究透了其成分、构造等特性,甚至还推断出这份礼物是由阿波罗 17 号采集来的样品。

如今,距离前苏联的月球 24 号完成任务已经过去了 44 年之久,我国的“嫦娥五号”也即将在月球正面的风暴洋北部直径约 70 千米的吕姆克(Mons Rümker)火山丘中降落、向月表下方打一个深达 2 米的钻,完成取样壮举。

嫦娥五号出发了!中国探月工程收官之旅开启,时隔 44 年将再创人类月球取样壮举

0.5 克和 2 千克,不仅仅是数字,更是中国航天人 42 年的梦想、决心和勇气。

2020 年,对于中国航天来说是极为重要的一年。

6 月 23 日 9 时 43 分许,西昌卫星发射中心,搭载着北斗系统第 55 颗导航卫星暨北斗三号最后一颗全球组网卫星的长征三号乙运载火箭点火升空,北斗三号全球卫星导航系统星座部署终于全面完成。

7 月 23 日 12 时 41 分,海南文昌航天发射场,搭载着“天问一号”探测器的长征五号遥四运载火箭成功发射,我国首个火星探测任务顺利开启。

今天,“嫦娥五号”也已踏上为期 23 天、跨越近 80 万公里的征程,完成“绕-落-回”最终章,实现我国航天事业新的跨越。

愿此次任务圆满成功。

引用来源:

http://www.spaceflightfans.cn/event/cz-5-yz-2_ce-5

https://mp.weixin.qq.com/s/a0GNeSjoza0bYXEQolHD9A

http://www.cnsa.gov.cn/n6759533/c6810554/content.html

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1683482058928133627&wfr=spider&for=pc

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