嫦娥五号探测器成功发射 将实现三大工程目标

来源: 南方日报网络版     时间: 2020-11-25 11:15:09

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嫦娥五号飞行的11个阶段示意图

  本报记者 冯 华 余建斌 喻思南                       

  党的十九届五中全会提出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。

  以探索太阳系和宇宙的起源、发展和演化为科学总目标的深空探测,是一个国家科技发展水平的体现。经过几代人辛勤耕耘与开拓,我国航天事业取得一系列重大成就。从探月工程稳步推进到首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射,我国深空探测深度和广度不断拓展,带动我国航天技术进步,促进科学认知重大创新。

  本版今起推出“科技自立自强·逐梦深空”栏目,关注在走出地球、迈向深空的过程中,我国航天科技的最新进展,探寻更多创新密码。

  ——编 者

  11月24日凌晨,中国探月工程嫦娥五号探测器在文昌航天发射场顺利升空,踏上征程。这是探月工程的第六次任务,也是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。嫦娥五号探测器不仅要成功落月,还要实现月面采样、月面上升、月球轨道交会对接、再入返回地球等多个首创性的任务环节,整个过程分为11个阶段,每段都不能出差错。

  出 发

  任务将经历11个阶段、约23天在轨飞行

  探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成

  国家航天局探月与航天工程中心副主任、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇介绍,探月工程三期将实现我国首次月球无人采样返回任务,是探月工程重大科技专项“绕、落、回”三步发展战略的最后一步。

  “我国探月工程2004年立项,从2007年10月实施嫦娥一号任务,到2013年实施嫦娥三号任务,已成功完成环绕和着陆巡视的前两个目标。嫦娥五号任务,实现在月球预定区域的采样并返回地球,标志着我国将圆满完成探月工程‘三步走’战略规划,其成功实施对于开启月球与深空探测新征程,建设航天强国有着重要的里程碑意义。”裴照宇说。

  去月球“挖土”,是很多人对嫦娥五号任务的通俗解读。事实上,嫦娥五号任务将重点实现三大工程目标,一是要突破一系列关键技术,提升我国航天技术水平;二是要实现首次地外天体自动采样返回,推进我国科学技术重大跨越;三是要完善探月工程体系,为载人登月和深空探测奠定一定的人才、技术和物质基础。此外还将开展一系列科学探测,如着陆区的现场调查和分析,月球样品的分析与研究等。

  发射成功只是一个开始。整个任务嫦娥五号将经历11个阶段、约23天的在轨飞行过程,采集约两千克月球样品返回地球。从任务的操作来看,一次探月飞行包括两次发射(地面发射与月面发射),两次着陆(月面着陆与地球着陆),两次封装(月面封装与月轨封装),一次交会对接(月轨对接)。

  裴照宇表示,嫦娥五号任务顺利完成,将有望实现中国航天史上5个“首次”:一是地外天体的采样与封装,二是地外天体的起飞,三是月球轨道交会对接,四是携带样品高速地球再入,五是样品的存储、分析和研究。这将是我国航天技术的一次重大跨越,为我们进一步认识月球提供重要支撑。

  嫦娥五号探测器长啥样?中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器系统副总设计师彭兢介绍,与嫦娥一号、二号、三号、四号相比,嫦娥五号的技术跨度大、结构也更为复杂,由轨道器、返回器、着陆器、上升器4个器共15个分系统组成。

  上升器的作用主要是在月面起飞上升,在月面上将收集到的样品准备好,然后携带样品从月球表面起飞,进入环月轨道后和轨返组合体进行交会对接,将月面样品转移到返回器中。着陆器的主要功能则是携带上升器降落在月球表面,通过两种采样方式完成月球表面的采样和封装,再将其放置在上升器的密封封装装置里。返回器完成月球轨道交会对接之后,携带月面样品再入返回地球。轨道器则主要承担在各个不同的轨道上飞行的功能。

长征五号遥五运载火箭发射。本报记者 雷 声摄

  落 月

  着陆点选择在人类探测器从未到达过的月球正面西北部风暴洋地区

  将主要采用机械臂表取和钻具钻取两种采样方式

  作为此次任务的核心关键之一,月球表面自动采样封装是最引人注目的环节。与其他国家实施的月球采样相比,嫦娥五号独具特色,既要实现采样效率的提升,又要考虑到面向未来的技术积累。

  这种独特首先体现在着陆区的选择上。专家介绍,此次嫦娥五号将降落在月球正面西北部风暴洋地区,过去还没有人类的探测器到达过。根据目前的研究成果,科学家们认为这块区域形成的地质年代比较短。因此,选择风暴洋地区着陆并采样,可以构成对月球形成和演化过程更完整的认识和了解。

  嫦娥五号的工作方式也独具特色。裴照宇说,嫦娥五号主要采用机械臂表取和钻具钻取两种采样方式,“可靠性更高,同时增加了样品的多样性,既有表面的样品,也有月球内部的样品。”专家介绍,着陆器随身携带了钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“神器”,采取深钻、浅钻,“铲土”“挖土”“夹土”等方式,采集约两千克月壤并进行密封封装,最终将月球样品安全送至地球家园。

  首次月面采样,困难可不少。彭兢说,月面采样装置是全新研制的,技术新、难度大,需要考虑飞行任务以及探测器的测控、光照条件、电源、热控等各种约束。采样期间还要面临月面高温工作环境,同时采样任务时序紧张、机构动作多、不确定因素也很多。着陆器的落点位置,目前预计是较为松软的地表,但由于着陆器着陆后不能移动,钻取采样装置正下方的地面到底是松软的土壤还是坚硬的岩石,都具有不确定性,也都影响着采样计划的顺利完成。

  距人类上一次从月球采样至今,已有40多年的时间没有拿到新的月球样品。此次嫦娥五号任务带回的月壤,将如何管理使用?裴照宇透露,有关部门已经编制了相关的月球样品管理办法,会在样品返回地球之后发布。科学家表示,对月壤的研究不仅涉及月球本身,还包含太阳系空间物质和能量的重要信息。将月球的月壤等关键性样品运回地面实验室供科学家进行精准分析研究,有利于进一步了解月球的状态、温度、物质含量等重要信息,深化对月壤、月壳和月球形成演化的认识。据了解,已有不少国外科学家和航天机构提出,希望利用中国获得的月球样品开展研究。

  返 程

  将实现首次月面起飞、在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接、半弹道跳跃式再入返回等多项技术突破

  完成月面工作后,嫦娥五号将踏上回家的旅程。

  第一道难关,就是首次月面起飞上升。在月面起飞,没有成熟完备的发射塔架,着陆器就相当于上升器的发射塔架。月球表面环境复杂,着陆器不一定是四平八稳的状态,很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。此外,还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞的时候,必须依靠航天器实现起飞时自主定位、定姿。

  第二道难关是交会对接。上升器需要飞到月球轨道上,与轨返组合体交会对接,把采集到的月壤转移到返回器。而在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接,不仅在我国尚属首次,而且也是人类航天史上的第一次。嫦娥五号采用具有世界先进水平的月球轨道交会对接技术。从上升器进入环月飞行轨道开始,一直到轨返组合体与上升器完成对接与样品转移为止,设计了交会、对接、组合体运行、轨返组合体与对接舱分离等一系列关键动作,助推嫦娥五号实现完美对接。

  嫦娥五号轨返组合体带着月球采样产品,将在距离地球5000公里高度处,实现轨道器和返回器的分离。返回器要经历惯性滑行、地球大气再入、回收着陆3个阶段,平稳安全地降落在预定地点。裴照宇说,为了让嫦娥五号顺利返回地球,科研人员提出了半弹道跳跃式再入返回技术方案,就像在太空打水漂一样,让返回器先高速进入大气层初次减速,再借助大气层提供的升力跃出大气层,然后以第一宇宙速度扎入大气层再次减速,返回地面。

  “嫦娥五号任务对于‘绕、落、回’整体规划来说,是收官之作;而对于我国未来的月球探测来说,是一个奠基之作。”裴照宇表示,“绕、落、回”之后,我国将与各国合作共建国际月球科研站。

  据介绍,探月工程三期规划实施两次采样返回任务,分别是嫦娥五号和嫦娥六号。在探月工程三期研制过程中,对后续的月球探测也进行了论证,规划了嫦娥七号和嫦娥八号任务,这两次任务目标是建设月球科研站基本型。中国向国际社会发出了倡议,希望与世界各国合作,共建国际月球科研站,这将为月球科学探测和月球相关技术的实验提供共享平台。

【编辑:刘欢】


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