“嫦娥”赴月采土記

席金合

2020年11月24日4時30分，我國嫦娥五號探測器（以下簡稱“嫦娥五號”）成功發(fā)射！

11月28日，“嫦娥五號”順剝進入環(huán)月軌道飛行。

11月30日，“嫦娥五號”著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體順利分離。

12月1日，“嫦娥五號”著陸器和上升器組合體成功在月球正面預選著陸區(qū)著陸。

12月2日，“嫦娥五號”著陸器和上升器組合體完成月面自動采樣封裝。

12月6日，“嫦娥五號”上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，并將樣品容器安全轉移至返回器中。

12月17日1時59分，“嫦娥五號”返回器攜帶月球樣品安全“回家”。

這次任務創(chuàng)造了五個中國“首次”：首次在地外天體上采樣與封裝;首次在地外天體上點火起飛、精準入軌;首次月球軌道無人交會對接和樣品轉移;首次攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回;首次建立我國月球樣品的存儲、分析和研究系統(tǒng)。

這次任務成功實施，是我國航天事業(yè)發(fā)展中里程碑式的新跨越，標志我國具備了地月往返的能力，實現(xiàn)了“繞、落、回”三步走規(guī)劃完美收宮，為我國未來月球與行星探測奠定了堅實基礎。

飛行器各司其職

完成這次發(fā)射任務的動力裝置，是我國科學家自主研制的長征五號遙五運載火箭。長征五號系列運載火箭由于“塊頭”大，被人們俗稱為“胖五”，可以同時將16輛小轎車送入太空。

去年7月，飛向火星的我國首次火星探測任務“天問一號”探測器就是由“胖五”發(fā)射的。這次，它將重達8.2噸的“嫦娥五號”送人軌道，相當于大馬拉小車。我國未來航天工程計劃中20噸左有的長期有人照料的空間站、大型空間望遠鏡、返同式月球探測器、深空探測器、超重型應用衛(wèi)星等發(fā)射任務，對“胖五”來說都不在話下。

“嫦娥五號”是我國首個實施無人月面取樣返回的航天器，是迄今為止我國科學家研制的最復雜的航天器之一，由軌道器、返同器、著陸器、上升器組成，包含15個分系統(tǒng)。在此次任務中，它經歷1 1個飛行階段、20余天在軌飛行過程，采集約2千克月壤帶回地球。它十分靈巧，能在太空中完成一系列高難度動作：著陸器在月面采樣;上升器攜帶月壤從月面升空，與軌道器和返回器組合體交會對接;月壤被轉移到返回器內;軌道器攜帶返回器飛向地球，在進入地球大氣層前，兩者分離……

擇機發(fā)射很重要

人類發(fā)射航天探測器，往往選擇在某個天體運行到距離地球最近位置時，省時省事省燃料，操作難度相對較小，最易成功。這個時機，被形象地稱為發(fā)射窗口。

眾所周知，月球的公轉周期約為27個地球日，與地球的平均距離約為38萬千米，與地球上每個具體位置的距離各不相同。而且，月球與地球都處于不停運行狀態(tài)，因此發(fā)射窗口彌足珍貴。對于我國文昌發(fā)射場而言，“嫦娥五號”2020年的發(fā)射窗口只有11月2天和12月1天，每天僅50分鐘。為此，科學家專門設計了5條發(fā)射軌道。

實際上，人類往往并非在月球剛好運行到距發(fā)射場最近時才發(fā)射月球探測器，如果這樣做就太遲了。因為火箭和月球探測器飛行需要時間，月球和地球也在不停地運行，科學家必須計算好提前量。此外，他們還要考慮天氣，如果在雷雨天等惡劣天氣情況下發(fā)射顯然也不合適。

在月球上采土極難

“嫦娥五號”的核心使命是，利用在月面T作的2天時間采集約2千克月壤并帶回來。

在地球上抓土毫不費力，而在遙遠的月球上采集月壤比登天還難，必須依賴高度自動化、智能化、靈巧化的裝備及先進的通信技術、可靠的遙控能力。因此，我國科學家采用表鉆結合、多點采樣的方式，精心設計了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。

著陸器和上升器組合體順利軟著陸在月球表面，用攜帶的鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等，采取深鉆、淺鉆、“鏟土”、“挖土”、“夾土”等方式，采集月壤并密封。

顧及此次飛行任務以及探測器的測控、光照、電源、熱控等條件約束，探測器采樣期間面臨月面高溫的工作環(huán)境，采樣任務時序緊張、機構動作多、不確定因素多，專家嘔心瀝血，專門研制了“嫦娥五號”的采樣裝置。

多年艱辛奮戰(zhàn)終得碩果，根據(jù)“嫦娥五號”帶回的月壤，人類將能有效論證關于月球的多種假說，進一步了解月球的環(huán)境、資源以及氣候條件。大家拭目以待吧！