航天科技人員在文昌航天發(fā)射場(chǎng)慶祝發(fā)射成功,。
長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭和嫦娥五號(hào)探測(cè)器完成技術(shù)區(qū)總裝測(cè)試工作后,,垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。
圖片均為新華社發(fā)
“‘嫦娥’要去月球挖土了,!”
11月24日,,隨著嫦娥五號(hào)成功發(fā)射,這句頗為形象的話很快在網(wǎng)絡(luò)上流傳開來(lái),。作為我國(guó)探月工程“繞,、落、回”三步走中的最后一步“回”,,嫦娥五號(hào)將開啟我國(guó)首次地外天體采樣返回之旅——飛到月球挖取月壤,,再帶著月壤返回地球,這被認(rèn)為是我國(guó)迄今最復(fù)雜的航天工程之一。
“這次任務(wù)相對(duì)于我們已經(jīng)實(shí)施的繞月探測(cè),、落月探測(cè)來(lái)說(shuō),,是一次新的、更大的技術(shù)跨越,?!眹?guó)家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設(shè)計(jì)師,、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇說(shuō),。
在裴照宇看來(lái),嫦娥五號(hào)任務(wù)對(duì)于我們“繞,、落,、回”整體規(guī)劃來(lái)說(shuō),是收官之作,;對(duì)于未來(lái)我國(guó)月球探測(cè)來(lái)說(shuō),,是奠基之作。
既是收官,,又是奠基,,可見嫦娥五號(hào)承擔(dān)的使命有多么艱巨和光榮。那么,,要去月球挖土的“嫦娥”,,這一路將面臨哪些挑戰(zhàn)?如何帶著月壤安全回家,?
任務(wù)過(guò)程約23天,,環(huán)環(huán)相扣不能有失誤
為何要去月球挖土?
一言以蔽之:為了更好地認(rèn)識(shí)月球,?!皩⒃氯罉悠穾Щ氐厍颍尶茖W(xué)家進(jìn)行系統(tǒng),、長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室研究,,分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性,、物質(zhì)組成,,可以深化月球成因和演化歷史的研究,為和平利用空間資源貢獻(xiàn)中國(guó)智慧,?!焙教炜萍技瘓F(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測(cè)器副總設(shè)計(jì)師阮劍華說(shuō)。
月球,,我們已去過(guò)多次,,但去月球自動(dòng)采樣并帶回地球,以前沒做過(guò)。嫦娥五號(hào)任務(wù)的復(fù)雜性和難度,,可以用五個(gè)“首次”來(lái)詮釋,。“一是地外天體的采樣與封裝,,二是地外天體的起飛,,三是月球軌道交會(huì)對(duì)接,四是攜帶樣品高速地球再入,,五是樣品的存儲(chǔ),、分析和研究,這在我國(guó)都是首次,?!迸嵴沼钛院?jiǎn)意賅。
阮劍華介紹,,嫦娥五號(hào)發(fā)射后,,將經(jīng)過(guò)地月轉(zhuǎn)移,、近月制動(dòng),、環(huán)月飛行、月面軟著陸等過(guò)程,,降落在月球正面風(fēng)暴洋東北部,,然后通過(guò)表取采樣機(jī)構(gòu)和鉆取采樣機(jī)構(gòu),采集月表巖石和土壤樣品,,同時(shí)開展科學(xué)探測(cè),。完成采樣和封裝后,在月面起飛,,經(jīng)過(guò)月球軌道交會(huì)對(duì)接,、月地轉(zhuǎn)移、再入地球等過(guò)程,,返回并著陸于內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū),。整個(gè)任務(wù)總共11個(gè)飛行階段,過(guò)程大約持續(xù)23天,。
23天,,看似很長(zhǎng),但其實(shí)整個(gè)任務(wù)流程都很緊湊,?!耙画h(huán)接一環(huán),每一環(huán)留給我們的時(shí)間都不多,,每一步工作都要非常準(zhǔn)確,,各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣,不能有失誤。如果有一個(gè)出現(xiàn)意外情況,,將帶來(lái)一系列后續(xù)問(wèn)題,。”裴照宇強(qiáng)調(diào),。
挖土約2公斤,,數(shù)量不算少
嫦娥五號(hào)探測(cè)器由上升器、著陸器,、返回器,、軌道器組成,在經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移,、近月制動(dòng),、環(huán)月飛行后,著陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離,,軌道器攜帶返回器留軌運(yùn)行,,著陸器承載上升器擇機(jī)實(shí)施月球正面預(yù)選區(qū)域軟著陸。著陸月球后,,將在月面工作約兩天,,這兩天里的一個(gè)重要任務(wù)就是挖土。
挖土看似簡(jiǎn)單,,但不是隨便一鏟子下去就行,。嫦娥五號(hào)采集的樣品,將被用來(lái)研究月球的起因和演化,。要讓挖出來(lái)的土有更好的研究?jī)r(jià)值,,必須提高采樣的可靠性,增加樣品的多樣性,。因此,,嫦娥五號(hào)將通過(guò)鉆取和表取兩種方式來(lái)采集樣品。
科學(xué)家給嫦娥五號(hào)提出的挖土目標(biāo)是:約2公斤,。根據(jù)目前對(duì)采樣量的分配,,鉆取的樣品是約0.5公斤,表取的樣品是約1.5公斤,。
好不容易去一趟月球,,為何不多挖點(diǎn)土帶回來(lái)?
“采集量的多少會(huì)影響到容器的大小,,進(jìn)而影響到整個(gè)探測(cè)器的體積,、重量,以及推進(jìn)劑的需求,?!迸嵴沼罱忉?,比如,為了鉆取0.5公斤的樣品,,探測(cè)器上的鉆取機(jī)構(gòu)要達(dá)到七八十公斤,;為了表取1.5公斤的樣品,表取機(jī)構(gòu)也要幾十公斤,;這100多公斤的采樣機(jī)構(gòu)都要由探測(cè)器送到月球去,,會(huì)影響到探測(cè)器整體的重量、體積和功耗,。
裴照宇指出,,以2公斤的采樣量作為初始值來(lái)設(shè)計(jì)探測(cè)器,嫦娥五號(hào)探測(cè)器的總重量達(dá)到8.2噸,。如果增加樣品的量,,整個(gè)探測(cè)器很多指標(biāo)都會(huì)增長(zhǎng),8.2噸很可能不夠,,最后會(huì)超過(guò)火箭的運(yùn)載能力,,目前的設(shè)計(jì)是平衡后的結(jié)果?!?公斤的數(shù)量不算少,,工程上可實(shí)現(xiàn)?!彼f(shuō),。
再入地球充滿考驗(yàn),帶回樣品就是成功
挖完土并封裝后,,嫦娥五號(hào)將開啟回家之旅:上升器攜帶樣品從月面起飛,在月球軌道與軌道器實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接,,樣品從上升器轉(zhuǎn)移到返回器,,然后軌道器攜帶返回器完成月地轉(zhuǎn)移,返回器以第二宇宙速度再入地球,,最后在內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)著陸,。這正是探月任務(wù)“繞、落,、回”的最后一步——回,。
要從月球回到地球,嫦娥五號(hào)在月球軌道的交會(huì)對(duì)接很關(guān)鍵,。這些年來(lái),,我們對(duì)“交會(huì)對(duì)接”這個(gè)詞并不陌生。我國(guó)載人航天工程曾進(jìn)行過(guò)多次交會(huì)對(duì)接,。但這些交會(huì)對(duì)接都發(fā)生在地球軌道,,在月球軌道上交會(huì)對(duì)接,,嫦娥五號(hào)將是我國(guó)第一個(gè)。
完成交會(huì)對(duì)接和月地轉(zhuǎn)移后,,嫦娥五號(hào)返回器將進(jìn)入地球,。再入地球的過(guò)程,充滿考驗(yàn),。裴照宇指出,,從地球軌道再入地球是7.9公里每秒的速度(即第一宇宙速度),而從月球再入地球?qū)⑦_(dá)到11公里每秒的速度(即第二宇宙速度),,增加了30%以上,。如此高速之下,探測(cè)器面臨的力和熱的環(huán)境要惡劣很多,。
目前,,嫦娥五號(hào)任務(wù)團(tuán)隊(duì)正在緊鑼密鼓地準(zhǔn)備飛控和返回器回收工作?!拔覀兊哪繕?biāo)是采樣返回,,采到樣品,返回地球,,就是成功,。不管帶多少,都是成功,!”裴照宇強(qiáng)調(diào),,“當(dāng)然,既然設(shè)計(jì)了2公斤,,我們會(huì)努力爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)這個(gè)指標(biāo),。”
為載人登月與深空探測(cè)打基礎(chǔ)
根據(jù)之前的部署,,我國(guó)探月工程分為“無(wú)人月球探測(cè)”“載人登月”和“建立月球基地”三個(gè)階段,。此次成功發(fā)射嫦娥五號(hào)的任務(wù),裴照宇將其總結(jié)為既是“收官之作”,,又是“奠基之作”,。也就是說(shuō),嫦娥五號(hào)在探月工程中將發(fā)揮著承上啟下的作用,。
國(guó)家航天局表示,,嫦娥五號(hào)任務(wù)將完善探月工程體系,為我國(guó)未來(lái)開展載人登月與深空探測(cè)積累重要的人才,、技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ),。這也意味著,還有更艱巨的任務(wù)在等著我們,。
“在探月工程三期研制過(guò)程中,,我們對(duì)后續(xù)的月球探測(cè)進(jìn)行了論證,,規(guī)劃了嫦娥七號(hào)和嫦娥八號(hào)任務(wù),這兩次任務(wù)的目標(biāo)是建設(shè)月球科研站基本型,?!迸嵴沼钔嘎丁?/p>
在裴照宇看來(lái),,我們現(xiàn)在對(duì)月球的認(rèn)識(shí),,就像一百年前對(duì)深海的認(rèn)識(shí)一樣,仍非常有限,,需要人類攜手一起探索,。“我們向國(guó)際社會(huì)發(fā)出了倡議,,希望與世界各國(guó)合作,,共建國(guó)際月球科研站,這將為月球科學(xué)探測(cè)和月球相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)提供共享平臺(tái),?!?/p>