四大金剛,，兵分兩路

月球繞、落,、回的每一步,，都是一次技術的跨越。嫦娥五號在嫦娥三號,、四號落月的基礎上,，還將實現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計師,、中國航天科技集團有限公司科學技術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,。當嫦娥五號以第二宇宙速度向地球沖來,，如果一猛子扎進大氣層，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,，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,。

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

“嫦娥-5T”當年并沒有落月，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”進入大氣層后,，借助大氣層的升力又躍出來,，然后再次進入。一進一出,，便實現了減速,，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方案,，使結構和防熱系統(tǒng)的壓力都得到緩解,，也使航程和落點達到理想的結果。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,，將把月球樣品轉移到返回器內。圖/中國航天科技集團八院

高難度方案為載人登月驗證技術

“整個過程都很復雜,，每個環(huán)節(jié)都不能出錯,，否則整個任務就受到影響?！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,，與當今不可同日而語,，嫦娥五號采樣方案也與美蘇完全不同,。蘇聯無人采樣任務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移樣品和返回,。

為什么不像蘇聯一樣,，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無人采樣的經驗教訓基礎上，結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,，當然難度也更大?！?/p>

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,，遠在月球軌道上的嫦娥五號對接,，因為更遠的距離、更小的對接機構,、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,，進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,，難以進行人工干預,，完全依靠自主進行。同時,，也無法借助導航衛(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,。

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儲備,。

據官方介紹，嫦娥五號探測器將重點實現三大工程目標：突破一系列關鍵技術,，提升我國航天技術水平,；實現首次地外天體自動采樣返回，推進我國科學技術重大跨越,。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,、技術和物質基礎,。

于登云說，載人登月必然要在月球軌道交會對接,，這是最安全也最經濟的方式,。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,，這應該是中國方案最大的亮點?！彼f,。

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,。

半個世紀前，美蘇從月球帶回的300多千克樣品,，為人類認識月球和太陽系,，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)現土壤多達57層,，每一層就是一次隕石沖擊,，還測量了月球內部發(fā)出的熱流，從而結束了100多年來關于月球是冷還是熱的爭論,。尤其重要的是,，1985年科學家們通過樣品分析，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,、高效的核聚變燃料,，這種資源地球上很少,，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)出來進行核聚變發(fā)電,，能滿足地球上一萬年的能源使用?！饼嬛普f,。

科學家從月球上發(fā)現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？

根據相關介紹,，嫦娥五號將在月球正面最大的月海風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,，將有助于推進對月球火山活動和演化歷史的認識,。

《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35億年前達到頂峰,，然后減弱并停止。但對月球表面的觀測發(fā)現,，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/中國航天科技集團八院