四大金剛，兵分兩路

月球繞,、落,、回的每一步,，都是一次技術(shù)的跨越。嫦娥五號在嫦娥三號,、四號落月的基礎(chǔ)上,，還將實現(xiàn)一系列從未有過的高難度操作,。

8.2噸的嫦娥五號,，由四個器組成，包含15個分系統(tǒng),。這四個器是單獨的個體,，也能組合在一起。著陸器和上升器“抱”在一起,，就組合成了“著陸上升組合體”,，即“采樣分隊”；軌道器和返回器組合成“軌道返回組合體”,，即“繞月分隊”,。

中國探月工程副總設(shè)計師、中國航天科技集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)委員會副主任于登云接受新京報記者采訪時,，科普了嫦娥五號整個任務(wù)過程：

在月球軌道上,，“采樣分隊”和“繞月分隊”分離，“繞月分隊”繼續(xù)環(huán)繞在月球軌道,，“采樣分隊”落到月面,，采集月表樣品；

采集完以后,，上升器帶著樣品在著陸器平臺上點火起飛,，在月球軌道上與“繞月分隊”對接。組合飛行期間,，上升器將樣品轉(zhuǎn)移給返回器,，再次分離，軌道器帶著返回器向地球飛,；

在距離地球大約5000公里的時候,，軌道器與返回器分離，返回器回到地球,，落在內(nèi)蒙古四子王旗著陸場,。

最終，著陸器留在月球表面,，上升器在月球軌道環(huán)繞,，軌道器留在地月之間，返回器回到地面,，樣品就在其中,。

返回也是步步驚心,。當(dāng)嫦娥五號以第二宇宙速度向地球沖來，如果一猛子扎進(jìn)大氣層,，一旦速度過猛,，來不及減速，可能會撞毀,。

為此,，嫦娥工程中罕見地增加了一次試驗飛行的任務(wù)，目的是驗證一種特殊的返回方式,。這就是2014年實施的探月三期再入返回飛行試驗器——“嫦娥-5T”任務(wù),。

于登云曾回憶，以王禮恒院士為代表的幾位航天權(quán)威專家認(rèn)為,，高速返回任務(wù)是第一次實施,，直接關(guān)系到探月三期工程的成敗，如果不事先驗證,，將留下巨大風(fēng)險,。

“嫦娥-5T”當(dāng)年并沒有落月，在月球飛了幾圈之后便返回地球,，重頭戲是在地球大氣層打個“水漂”,。“嫦娥-5T”進(jìn)入大氣層后,，借助大氣層的升力又躍出來,，然后再次進(jìn)入。一進(jìn)一出,，便實現(xiàn)了減速,，從第二宇宙速度降至第一宇宙速度。

這種半彈道跳躍式再入返回技術(shù)方案,，使結(jié)構(gòu)和防熱系統(tǒng)的壓力都得到緩解,，也使航程和落點達(dá)到理想的結(jié)果。這次,，嫦娥五號返回器就將這么回來,。

嫦娥五號上升器與軌道器返回器組合體交會對接效果圖,，將把月球樣品轉(zhuǎn)移到返回器內(nèi)。圖/中國航天科技集團(tuán)八院

高難度方案為載人登月驗證技術(shù)

“整個過程都很復(fù)雜,，每個環(huán)節(jié)都不能出錯,，否則整個任務(wù)就受到影響?！庇诘窃普f,，其中最重要的創(chuàng)新,，是嫦娥五號四個器在月球軌道的分離和對接。

40多年前的航天技術(shù),，與當(dāng)今不可同日而語,，嫦娥五號采樣方案也與美蘇完全不同。蘇聯(lián)無人采樣任務(wù)中沒有采用交會對接,，探測器直接從月面返回地球,，美國則是由航天員在月面進(jìn)行人工采樣。嫦娥五號雖然也是無人采樣返回,，卻讓探測器“分兵作戰(zhàn)”,，以交會對接的方式轉(zhuǎn)移樣品和返回,。

為什么不像蘇聯(lián)一樣,，讓探測器直接飛回地球呢？主要是因為我國目前火箭運(yùn)載能力的限制,，無法在一開始就攜帶足夠的燃料,，讓探測器可以整體著陸、起飛,。

“可以說,，我國無人自動采樣返回方案，是在汲取美國有人采樣和蘇聯(lián)無人采樣的經(jīng)驗教訓(xùn)基礎(chǔ)上,，結(jié)合我國實際情況走出的一條新路,，”于登云說，“這是一個創(chuàng)新,，當(dāng)然難度也更大,。”

人們常將兩個航天器的交會對接形容為“太空之吻”,。如果地球軌道上的飛船與空間站對接是“吻”,，那么，遠(yuǎn)在月球軌道上的嫦娥五號對接,，因為更遠(yuǎn)的距離,、更小的對接機(jī)構(gòu)、自動的對接程序等條件,，堪比“太空穿針”,。

雖然我國已掌握空間交會對接技術(shù)，進(jìn)行了多次飛船的交會對接,，但神舟飛船的交會對接是在400公里左右高度的地球軌道,，而嫦娥五號是在距地球38萬公里的月球軌道上，難以進(jìn)行人工干預(yù),，完全依靠自主進(jìn)行,。同時,，也無法借助導(dǎo)航衛(wèi)星的幫助，這就需要突破月球軌道測控精度,、月球軌道敏感器交互,、輕小型航天器對接等多項技術(shù)。

選擇這一方案,，還有另外一個目的,，就是盡可能為未來載人登月做技術(shù)儲備。

據(jù)官方介紹,，嫦娥五號探測器將重點實現(xiàn)三大工程目標(biāo)：突破一系列關(guān)鍵技術(shù),，提升我國航天技術(shù)水平；實現(xiàn)首次地外天體自動采樣返回,，推進(jìn)我國科學(xué)技術(shù)重大跨越,。另外，完善探月工程體系,，為載人登月和深空探測奠定一定的人才,、技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。

于登云說,，載人登月必然要在月球軌道交會對接,，這是最安全也最經(jīng)濟(jì)的方式。美國阿波羅計劃就是這么做的,，他們在載人登月之前,，也做過月球軌道交會對接試驗。

“所以我們通過無人采樣返回兼顧了兩件事,，這應(yīng)該是中國方案最大的亮點,。”他說,。

嫦娥五號軌道器與返回器向地球返回效果圖。圖/中國航天科技集團(tuán)八院

最年輕的月球土壤

自1976年以后,，全球再也沒有探測器在月面進(jìn)行過探測,。直到2013年起，中國的嫦娥三號,、四號和五號,，重啟了月面探測。

半個世紀(jì)前,，美蘇從月球帶回的300多千克樣品,，為人類認(rèn)識月球和太陽系，遞過來一把鑰匙。通過對月壤樣品的分析,，科研人員確定,，月壤由微小的桔紅色玻璃形式顆粒構(gòu)成，這些顆粒一般富含鋁,、硫和鋅,，在月殼部分融化過程中，在月面下約300千米深處形成,，后因火山活動而噴出到月面,。

美國航天員鉆取了3米深的月球巖芯，發(fā)現(xiàn)土壤多達(dá)57層,，每一層就是一次隕石沖擊,，還測量了月球內(nèi)部發(fā)出的熱流，從而結(jié)束了100多年來關(guān)于月球是冷還是熱的爭論,。尤其重要的是,，1985年科學(xué)家們通過樣品分析，證實了月球上存在核能源氦-3,，為后來月球研究和探測注入了巨大動力,。

“氦-3是理想,、安全,、高效的核聚變?nèi)剂希@種資源地球上很少,，只有10噸到15噸左右,，而月球上的氦-3至少有約100萬噸。如果開發(fā)出來進(jìn)行核聚變發(fā)電,，能滿足地球上一萬年的能源使用,。”龐之浩說,。

科學(xué)家從月球上發(fā)現(xiàn)了越來越多可以利用的元素,，比如土壤和巖石中可以制取水和氧，氧化鐵的含量也很高,。這些元素都可以加以利用,，成為未來建立月球基地的能量來源。

此次嫦娥五號采集的樣品,，又將帶來什么新的訊息,？

根據(jù)相關(guān)介紹，嫦娥五號將在月球正面最大的月海風(fēng)暴洋北部呂姆克山脈附近著陸,，此地從未有其他國家的探測器到訪過,。這里存在大約13億至20億年前的玄武巖，人類目前尚未有這一時段的月球樣本。獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡,，將有助于推進(jìn)對月球火山活動和演化歷史的認(rèn)識,。

《自然》雜志近日發(fā)表的文章稱，此前對月壤樣品的研究表明,，月球上的火山活動在35億年前達(dá)到頂峰,，然后減弱并停止。但對月球表面的觀測發(fā)現(xiàn),，某些區(qū)域可能含有最近10億至20億年前才形成的火山熔巖,，這與嫦娥五號著陸地區(qū)的年齡相仿。

如果嫦娥五號采回的樣本能夠證實這段時間月球仍在活動,，將改寫對月球歷史的認(rèn)識,。

嫦娥五號著陸器與上升器組合體向月表降落效果圖,。圖/中國航天科技集團(tuán)八院