嫦娥五號(hào)探測(cè)器長(zhǎng)啥樣？盼“采樣”首歸

黨的十九屆五中全會(huì)提出，堅(jiān)持創(chuàng)新在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強(qiáng)作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。

以探索太陽(yáng)系和宇宙的起源、發(fā)展和演化為科學(xué)總目標(biāo)的深空探測(cè)，是一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的體現(xiàn)。經(jīng)過(guò)幾代人辛勤耕耘與開(kāi)拓，我國(guó)航天事業(yè)取得一系列重大成就。從探月工程穩(wěn)步推進(jìn)到首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射，我國(guó)深空探測(cè)深度和廣度不斷拓展，帶動(dòng)我國(guó)航天技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)科學(xué)認(rèn)知重大創(chuàng)新。

本版今起推出“科技自立自強(qiáng)·逐夢(mèng)深空”欄目，關(guān)注在走出地球、邁向深空的過(guò)程中，我國(guó)航天科技的最新進(jìn)展，探尋更多創(chuàng)新密碼。

——編 者

11月24日凌晨，中國(guó)探月工程嫦娥五號(hào)探測(cè)器在文昌航天發(fā)射場(chǎng)順利升空，踏上征程。這是探月工程的第六次任務(wù)，也是我國(guó)航天領(lǐng)域迄今為止最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一。嫦娥五號(hào)探測(cè)器不僅要成功落月，還要實(shí)現(xiàn)月面采樣、月面上升、月球軌道交會(huì)對(duì)接、再入返回地球等多個(gè)首創(chuàng)性的任務(wù)環(huán)節(jié)，整個(gè)過(guò)程分為11個(gè)階段，每段都不能出差錯(cuò)。

出 發(fā)

任務(wù)將經(jīng)歷11個(gè)階段、約23天在軌飛行

探測(cè)器由軌道器、返回器、著陸器、上升器組成

國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇介紹，探月工程三期將實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次月球無(wú)人采樣返回任務(wù)，是探月工程重大科技專項(xiàng)“繞、落、回”三步發(fā)展戰(zhàn)略的最后一步。

“我國(guó)探月工程2004年立項(xiàng)，從2007年10月實(shí)施嫦娥一號(hào)任務(wù)，到2013年實(shí)施嫦娥三號(hào)任務(wù)，已成功完成環(huán)繞和著陸巡視的前兩個(gè)目標(biāo)。嫦娥五號(hào)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)在月球預(yù)定區(qū)域的采樣并返回地球，標(biāo)志著我國(guó)將圓滿完成探月工程‘三步走’戰(zhàn)略規(guī)劃，其成功實(shí)施對(duì)于開(kāi)啟月球與深空探測(cè)新征程，建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)有著重要的里程碑意義。”裴照宇說(shuō)。

去月球“挖土”，是很多人對(duì)嫦娥五號(hào)任務(wù)的通俗解讀。事實(shí)上，嫦娥五號(hào)任務(wù)將重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三大工程目標(biāo)，一是要突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，提升我國(guó)航天技術(shù)水平;二是要實(shí)現(xiàn)首次地外天體自動(dòng)采樣返回，推進(jìn)我國(guó)科學(xué)技術(shù)重大跨越;三是要完善探月工程體系，為載人登月和深空探測(cè)奠定一定的人才、技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。此外還將開(kāi)展一系列科學(xué)探測(cè)，如著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，月球樣品的分析與研究等。

發(fā)射成功只是一個(gè)開(kāi)始。整個(gè)任務(wù)嫦娥五號(hào)將經(jīng)歷11個(gè)階段、約23天的在軌飛行過(guò)程，采集約兩千克月球樣品返回地球。從任務(wù)的操作來(lái)看，一次探月飛行包括兩次發(fā)射(地面發(fā)射與月面發(fā)射)，兩次著陸(月面著陸與地球著陸)，兩次封裝(月面封裝與月軌封裝)，一次交會(huì)對(duì)接(月軌對(duì)接)。

裴照宇表示，嫦娥五號(hào)任務(wù)順利完成，將有望實(shí)現(xiàn)中國(guó)航天史上5個(gè)“首次”：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。這將是我國(guó)航天技術(shù)的一次重大跨越，為我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)月球提供重要支撐。

嫦娥五號(hào)探測(cè)器長(zhǎng)啥樣?中國(guó)航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢介紹，與嫦娥一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)相比，嫦娥五號(hào)的技術(shù)跨度大、結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜，由軌道器、返回器、著陸器、上升器4個(gè)器共15個(gè)分系統(tǒng)組成。

上升器的作用主要是在月面起飛上升，在月面上將收集到的樣品準(zhǔn)備好，然后攜帶樣品從月球表面起飛，進(jìn)入環(huán)月軌道后和軌返組合體進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，將月面樣品轉(zhuǎn)移到返回器中。著陸器的主要功能則是攜帶上升器降落在月球表面，通過(guò)兩種采樣方式完成月球表面的采樣和封裝，再將其放置在上升器的密封封裝裝置里。返回器完成月球軌道交會(huì)對(duì)接之后，攜帶月面樣品再入返回地球。軌道器則主要承擔(dān)在各個(gè)不同的軌道上飛行的功能。

落 月

著陸點(diǎn)選擇在人類探測(cè)器從未到達(dá)過(guò)的月球正面西北部風(fēng)暴洋地區(qū)

將主要采用機(jī)械臂表取和鉆具鉆取兩種采樣方式

作為此次任務(wù)的核心關(guān)鍵之一，月球表面自動(dòng)采樣封裝是最引人注目的環(huán)節(jié)。與其他國(guó)家實(shí)施的月球采樣相比，嫦娥五號(hào)獨(dú)具特色，既要實(shí)現(xiàn)采樣效率的提升，又要考慮到面向未來(lái)的技術(shù)積累。

這種獨(dú)特首先體現(xiàn)在著陸區(qū)的選擇上。專家介紹，此次嫦娥五號(hào)將降落在月球正面西北部風(fēng)暴洋地區(qū)，過(guò)去還沒(méi)有人類的探測(cè)器到達(dá)過(guò)。根據(jù)目前的研究成果，科學(xué)家們認(rèn)為這塊區(qū)域形成的地質(zhì)年代比較短。因此，選擇風(fēng)暴洋地區(qū)著陸并采樣，可以構(gòu)成對(duì)月球形成和演化過(guò)程更完整的認(rèn)識(shí)和了解。

嫦娥五號(hào)的工作方式也獨(dú)具特色。裴照宇說(shuō)，嫦娥五號(hào)主要采用機(jī)械臂表取和鉆具鉆取兩種采樣方式，“可靠性更高，同時(shí)增加了樣品的多樣性，既有表面的樣品，也有月球內(nèi)部的樣品。”專家介紹，著陸器隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”，采取深鉆、淺鉆，“鏟土”“挖土”“夾土”等方式，采集約兩千克月壤并進(jìn)行密封封裝，最終將月球樣品安全送至地球家園。

首次月面采樣，困難可不少。彭兢說(shuō)，月面采樣裝置是全新研制的，技術(shù)新、難度大，需要考慮飛行任務(wù)以及探測(cè)器的測(cè)控、光照條件、電源、熱控等各種約束。采樣期間還要面臨月面高溫工作環(huán)境，同時(shí)采樣任務(wù)時(shí)序緊張、機(jī)構(gòu)動(dòng)作多、不確定因素也很多。著陸器的落點(diǎn)位置，目前預(yù)計(jì)是較為松軟的地表，但由于著陸器著陸后不能移動(dòng)，鉆取采樣裝置正下方的地面到底是松軟的土壤還是堅(jiān)硬的巖石，都具有不確定性，也都影響著采樣計(jì)劃的順利完成。

距人類上一次從月球采樣至今，已有40多年的時(shí)間沒(méi)有拿到新的月球樣品。此次嫦娥五號(hào)任務(wù)帶回的月壤，將如何管理使用?裴照宇透露，有關(guān)部門(mén)已經(jīng)編制了相關(guān)的月球樣品管理辦法，會(huì)在樣品返回地球之后發(fā)布?？茖W(xué)家表示，對(duì)月壤的研究不僅涉及月球本身，還包含太陽(yáng)系空間物質(zhì)和能量的重要信息。將月球的月壤等關(guān)鍵性樣品運(yùn)回地面實(shí)驗(yàn)室供科學(xué)家進(jìn)行精準(zhǔn)分析研究，有利于進(jìn)一步了解月球的狀態(tài)、溫度、物質(zhì)含量等重要信息，深化對(duì)月壤、月殼和月球形成演化的認(rèn)識(shí)。據(jù)了解，已有不少國(guó)外科學(xué)家和航天機(jī)構(gòu)提出，希望利用中國(guó)獲得的月球樣品開(kāi)展研究。

返 程

將實(shí)現(xiàn)首次月面起飛、在38萬(wàn)公里外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接、半彈道跳躍式再入返回等多項(xiàng)技術(shù)突破

完成月面工作后，嫦娥五號(hào)將踏上回家的旅程。

第一道難關(guān)，就是首次月面起飛上升。在月面起飛，沒(méi)有成熟完備的發(fā)射塔架，著陸器就相當(dāng)于上升器的發(fā)射塔架。月球表面環(huán)境復(fù)雜，著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài)，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。此外，還要克服地月環(huán)境差異、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流導(dǎo)流空間受限等難題。月面起飛的時(shí)候，必須依靠航天器實(shí)現(xiàn)起飛時(shí)自主定位、定姿。

第二道難關(guān)是交會(huì)對(duì)接。上升器需要飛到月球軌道上，與軌返組合體交會(huì)對(duì)接，把采集到的月壤轉(zhuǎn)移到返回器。而在38萬(wàn)公里外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接，不僅在我國(guó)尚屬首次，而且也是人類航天史上的第一次。嫦娥五號(hào)采用具有世界先進(jìn)水平的月球軌道交會(huì)對(duì)接技術(shù)。從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開(kāi)始，一直到軌返組合體與上升器完成對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移為止，設(shè)計(jì)了交會(huì)、對(duì)接、組合體運(yùn)行、軌返組合體與對(duì)接艙分離等一系列關(guān)鍵動(dòng)作，助推嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接。

嫦娥五號(hào)軌返組合體帶著月球采樣產(chǎn)品，將在距離地球5000公里高度處，實(shí)現(xiàn)軌道器和返回器的分離。返回器要經(jīng)歷慣性滑行、地球大氣再入、回收著陸3個(gè)階段，平穩(wěn)安全地降落在預(yù)定地點(diǎn)。裴照宇說(shuō)，為了讓嫦娥五號(hào)順利返回地球，科研人員提出了半彈道跳躍式再入返回技術(shù)方案，就像在太空打水漂一樣，讓返回器先高速進(jìn)入大氣層初次減速，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后以第一宇宙速度扎入大氣層再次減速，返回地面。

“嫦娥五號(hào)任務(wù)對(duì)于‘繞、落、回’整體規(guī)劃來(lái)說(shuō)，是收官之作;而對(duì)于我國(guó)未來(lái)的月球探測(cè)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)奠基之作。”裴照宇表示，“繞、落、回”之后，我國(guó)將與各國(guó)合作共建國(guó)際月球科研站。

據(jù)介紹，探月工程三期規(guī)劃實(shí)施兩次采樣返回任務(wù)，分別是嫦娥五號(hào)和嫦娥六號(hào)。在探月工程三期研制過(guò)程中，對(duì)后續(xù)的月球探測(cè)也進(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)目標(biāo)是建設(shè)月球科研站基本型。中國(guó)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)。(記者 馮 華 余建斌 喻思南)

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