嫦娥家族中的“挖土小天才”

嫦娥五號歸來，一夜之間這個“平平無奇”的挖土小天才成了航天家族中的大明星！它到底有哪些驚世絕技呢？本期我們就通過嫦娥五號的九大高光時刻，了解一下中國最高超的挖土技術！

嫦娥五號軌道器任務徽標

圖片來源：Loren Roberts NASA（毛新愿改編）

四器聯(lián)合·無人探月技術的極致

在嫦娥五號之前，只有美國和蘇聯(lián)從月球帶回過月壤，美國在1969—1972年使用的阿波羅載人飛船是由服務艙、返回艙、登月艙上升級和下降級四個部分組成的;1976年，蘇聯(lián)使用的月球24號探測器主要由上升級、返回器和下降級三部分組成。而此次，嫦娥五號探測器是由軌道器、返回器、著陸器和上升器四個部分組成的。軌道器主要負責往返月球期間的動力、能量、通信和交會對接任務等;返回器負責保管月壤樣本，攜帶月壤重返地球并被安全回收;著陸器負責攜帶上升器降落月球表面，完成月面打鉆采樣、機械臂抓取采樣和相關科研任務;上升器負責攜帶收集到的月壤樣本，離開月球表面，與軌道器再次對接，并將月壤轉移至返回器中。

可以說，嫦娥五號有點兒像阿波羅登月飛船的無人縮小版，技術難度遠超蘇聯(lián)的月球24號任務。

長征五號·力拔山兮氣蓋世

嫦娥五號探測器組合體總重達8.2噸，是人類無人探月史上最復雜、最重的探測器。把它發(fā)射到38萬千米外的月球并非易事，這就需要用到我國目前最為強大的長征五號系列運載火箭。2020年11月24日4時30分，中國文昌航天發(fā)射場，870噸重的長征五號氣吞山河，將嫦娥五號直送月球。

萬里之外·絕世高手凌波微步

嫦娥五號單程需要飛行幾十萬千米，正如我們駕車時需要不時轉動方向盤以保持軌跡不偏一樣，嫦娥五號也需要時常進行軌道修正，并檢驗發(fā)動機的工作性能。那如何進行軌道修正、一路上又要修正幾次？這都要取決于火箭發(fā)射后，嫦娥五號被送入預定軌道，以及其軌道器離開月球軌道時的精度。精度越高，需要的后續(xù)修正就越小。這次，火箭和軌道器表現(xiàn)得很完美，所以嫦娥五號往返月球的旅程就變得十分輕松，修正非常簡單。整個任務期間，共進行了四次軌道修正，每次修正只勞煩一個發(fā)動機工作很短的時間，最短的一次為2秒，最長的一次也不過28秒。

月球著陸·刀尖上的舞者

著陸月球并非易事，嫦娥五號首先需要在38萬千米之外的月球上空完成一次分離，著陸器攜帶上升器擇機降落，軌道器攜帶返回器在月球軌道上靜候佳音。隨后，著陸器成功完成動力降落、避障、懸停、精避障、緩速降落等過程，穩(wěn)穩(wěn)落在呂姆克山附近。這里蘊藏著月球近10億年地質活動的秘密。

嫦娥五號在月面展開中華人民共和國國旗（模擬圖）

采樣月壤·五星紅旗閃耀月球

為了最大程度獲得不同深度、不同形式的月壤樣本，嫦娥五號采用了多種機械結構。鉆、抓、取、挖，多種方式并用，使嫦娥五號提前獲取了足夠的樣本。最后，它還從身體里“掏”出一面五星紅旗。由于使用了特殊材料、四邊也都進行了固定，所以這面五星紅旗在亮相月球之時展現(xiàn)出了最美的樣子。

上升器返回·“嫦娥”告別單程票

2020年，我們目睹了多次火箭發(fā)射。但在地球之外的“火箭發(fā)射”一年僅有一次，那就是嫦娥五號上升器離開月球時的發(fā)射。它以著陸器為“發(fā)射架”，成功離開月球表面，將采集到的珍貴月壤樣本帶離月球。由此，“嫦娥”終于結束了單程旅行的歷史，這也是人類時隔44年，再次在月球上執(zhí)行的“火箭發(fā)射”任務。

交會對接·萬里之外太空之吻

在地球上，兩個距離很遠的人想要“接頭”，只要打開各自的手機導航就可以了。但由于月球離我們很遠，地球上常用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)在月球上根本無法使用。沒有導航系統(tǒng)，我們想對嫦娥五號各部分進行高精度定位，并指揮它們進行交會對接就變得極為困難。

軌道器和返回器的組合體圍繞著月球運行，上升器攜帶著樣本想與其會合，就要不斷調試位置。通過一次次環(huán)繞月球運動期間的調試，它們最終在月球上空完成精準對接。上升器將月壤樣本成功封裝進返回器，最終實現(xiàn)了中國航天的偉大突破。

太空水漂·極限美麗后的精彩

嫦娥五號返回時的速度很快，遠超神舟飛船的第一宇宙速度，接近了第二宇宙速度（11.2千米/秒）。它直接沖進地球大氣層時產生的巨大沖擊和熱量，極有可能導致任務在最后階段出現(xiàn)危險。那該如何解決呢？科學家們想到了打“太空水漂”這個辦法。

首先，讓嫦娥五號借助在接觸大氣時產生的強大氣動力一躍而起，然后“緩一緩”再落下，這樣來回兩次“彈跳”，最終安全返回。當然，打“太空水漂”也不是件簡單的事。因為大氣中各處的空氣密度不同，返回器沖進大氣的角度和姿態(tài)又極難控制，所以為了保證返回器每次沖進大氣時不超過自身的耐受極限，“打水漂”的次數(shù)和間隔就要經過精確計算，最終才能保證返回器準確落回內蒙古四子王旗著陸場。

成功回收·冰天雪地與誰為伴

進入大氣層后，嫦娥五號返回器就要進入最后一步。氣動減速、姿態(tài)控制、降落傘減速、落到地面、營救搜尋，冰天雪地的四子王旗在2020年12月17日成為全中國最熱鬧的地方。令人意外的是，第一個歡迎嫦娥五號回家的竟是一只小動物！這只不知“名”的小動物快速從嫦娥五號身邊經過，它一定想不到眼前這個龐然大物剛剛完成了一趟遙遠的太空之旅。

嫦娥五號返回后，它采集的樣本會貢獻出中國最先進、最亮眼的天體化學研究成果。嫦娥家族的后輩們也在摩拳擦掌，時刻準備著為中國航天事業(yè)再創(chuàng)輝煌！小行星和彗星探測、火星采樣返回、木星系統(tǒng)探測，一個個目標正走在實現(xiàn)的路上。同學們，中國航天人正在前方期待著與你們“交會對接”，請記住我們的征途是星辰大海！