探月“征途” 逐夢星辰

崔鑫　錢航

嫦娥五號的整體結(jié)構(gòu)就像一串糖葫蘆，從上往下依次是上升器、著陸器、返回器和軌道器，重達(dá)8.2噸，整體高度約7.2米，相當(dāng)于兩層樓高。

2020年11月28日嫦娥五號在完成兩次軌道修正后，正式進(jìn)入環(huán)月軌道飛行，此后會進(jìn)行一系列堪比體操世界冠軍的高難度飛行動作。

整體過程可分為：由中國新一代大型運載火箭長征五號“胖五”來發(fā)射；然后軌道器和返回器組合體繞月飛行，分離出的著陸器和上升器組合體在月面降落；著陸器用所搭載的采樣裝置在月面采樣后，裝入上升器所攜帶的容器里；隨后上升器從月面起飛，與軌道器、返回器組成的組合體進(jìn)行交會對接，把采集的樣品轉(zhuǎn)移到返回器后分離；軌道器、返回器組合體飛向地球，在距離地面幾千千米時分離，最后返回器回到地球。

半彈道跳躍式示意圖（繪圖/ 周游）

此次任務(wù)實現(xiàn)了中國開展航天活動以來的4個“首次”：首次在月球表面自動采樣，首次從月面起飛，首次在38萬千米外的月球軌道上進(jìn)行無人交會對接，首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

在嫦娥五號之前發(fā)射的嫦娥系列探測器“購買”的都是“單程票”，它們或是在完成任務(wù)后完全脫離月球的引力飛向更加遙遠(yuǎn)的星際空間，或是永遠(yuǎn)留在了月球上，而嫦娥五號的返回器卻最終安全地返回了地球。

以往中國衛(wèi)星再入返回，都是在第一宇宙速度（7.9千米/秒）之下進(jìn)行的。如果以第二宇宙速度（11.2 千米/ 秒）直接進(jìn)入大氣層，這時返回器會因與大氣劇烈摩擦程度加大，表面溫度也更高， 可能會對嫦娥五號的返回器產(chǎn)生巨大風(fēng)險。因此必須要對返回器減速。

為解決這個難題，科技人員設(shè)計了半彈道跳躍式返回辦法，相當(dāng)于在太空“打水漂”。這個過程中，返回器先進(jìn)入大氣層一定“深度”，并進(jìn)行一定距離的滑行，再調(diào)整返回器姿態(tài)，使其再次升高，隨著返回器的升高，其速度會在地球引力的作用下進(jìn)一步降低，在降到第一宇宙速度以下時，返回器再次開始下落。整個“打水漂”過程都是在地面的精確操控下完成的，嫦娥五號返回器最終沿著預(yù)先規(guī)劃好的路線，成功到達(dá)降落地點。

月球探測是中國由航天大國向航天強(qiáng)國邁進(jìn)的標(biāo)志性和帶動性工程。在未來，嫦娥六號將進(jìn)行月背采樣返回，嫦娥七號將勘查月球南極，嫦娥八號發(fā)射后將與嫦娥七號組成月球科研站的基本型……嫦娥家族新成員將以何種新“姿態(tài)”沖出大氣層，遠(yuǎn)征月球呢？讓我們一起拭目以待吧！

（責(zé)任編輯 / 張麗靜 美術(shù)編輯 / 周游）

在月面著陸后，嫦娥五號的著陸器就開始了為期2 天的月面工作，但實際采集樣品時間只有19個小時。整個采集過程中，最關(guān)鍵的操作是對月壤的自動采樣和封裝。能帶回多少樣品，能否保持樣品無污染、高質(zhì)量，全在此一舉。

國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物并命名為“嫦娥石”

月面采樣面臨諸多的困難，不僅要考慮當(dāng)時的測控、光照條件、電源、熱控等各種約束，而且著陸后著陸器是不能移動的，鉆取采樣裝置正下方的地面是松軟的土壤還是堅硬的巖石，在著陸前一切都是未知數(shù)。

航天設(shè)計師們設(shè)計了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。鉆取是利用鉆頭鉆進(jìn)月表2 米深處，采集深層樣品；表取是在降落點附近月球表面多點采樣，采集月表樣品。