【答疑】3分鐘看懂為什么要去月球挖土為什么發(fā)射嫦娥五號(hào)要選在凌晨?

作者 :高原 2020-11-25 09:28:10 圍觀 : 次評(píng)論

　　長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭發(fā)射。(新華社發(fā))

　　長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭和嫦娥五號(hào)探測器垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。(新華社發(fā))

　　4個(gè)首次!

　　嫦娥五號(hào)每一步都“步步驚心”

　　一是首次月面自動(dòng)采樣，兩種“挖法”齊上陣

　　二是首次月面起飛上升，全靠嫦娥五號(hào)“自己完成”

　　三是首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接，“千里穿針、一氣呵成”

　　四是首次帶2千克月壤高速再入返回地球，打一個(gè)“太空水漂”

　　“嫦”風(fēng)破浪正當(dāng)時(shí)，“五”動(dòng)九州攬?jiān)禄亍?/p>

　　11月24日凌晨，中國文昌航天發(fā)射場。長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭拖著長長的尾焰，用巨大的轟鳴打破海岸邊夜的寧靜，全速托舉中國探月工程嫦娥五號(hào)探測器劃過夜空，邁出中國首次地外天體采樣返回的第一步。這是中國探月工程“繞、落、回”三步走中的收官之戰(zhàn)，更是中國航天領(lǐng)域迄今為止最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一。

　　按照計(jì)劃，嫦娥五號(hào)將成為中國首顆從月球采樣后起飛的探測器，還將帶著自動(dòng)采集的約2千克月壤歸來。我們?yōu)槭裁匆ピ虑?ldquo;挖土”?地月往返的探索之旅，又將經(jīng)歷哪些“步步驚心”的時(shí)刻?

　　為什么要去月球“挖土”?

　　“舉杯邀明月，對(duì)影成三人。”

　　作為地球唯一的“小伙伴”，月球是我們每個(gè)人從出生那天起就“最熟悉的陌生人”，是那個(gè)我們每當(dāng)夜幕降臨總會(huì)出現(xiàn)在天空中的仰望。

　　就像一面鏡子，月亮映照著蒼茫大地，也讓我們從中更好地認(rèn)識(shí)自己。月球探測的每一個(gè)大膽設(shè)想、每一次成功實(shí)施，都是人類認(rèn)識(shí)和利用星球能力的充分展示。

　　月壤即月球的土壤，對(duì)地球人來說蘊(yùn)藏著巨大的科學(xué)價(jià)值。為了去月球“挖土”，主要航天國家都“很拼”。

　　蘇聯(lián)月球16號(hào)探測器從月球取回了一塊101克的小樣本，月球20號(hào)探測器和月球24號(hào)探測器則分別采集到了55克與170克樣品。

　　1969年7月至1972年12月間，美國通過阿波羅11號(hào)到阿波羅17號(hào)載人飛船實(shí)施了7次載人登月任務(wù)，除了阿波羅13號(hào)因發(fā)生故障中途返回，其余6艘飛船皆完成登月，成功將12名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約382千克。

　　嫦娥五號(hào)探測器由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成，任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)主要是開展著陸點(diǎn)區(qū)域形貌探測和地質(zhì)背景勘察;對(duì)月球樣品進(jìn)行系統(tǒng)、長期的實(shí)驗(yàn)室研究。

　　嫦娥五號(hào)任務(wù)，既是收官之作，更是奠基之作。國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)言人裴照宇表示，嫦娥五號(hào)任務(wù)是我國探月工程“繞、落、回”三步走中“回”這一步的主任務(wù)，要實(shí)現(xiàn)月球表面采樣返回。這次任務(wù)相比我們已經(jīng)實(shí)施的繞月探測、落月探測來說，是一次新的、更大的技術(shù)跨越。

　　“我們這次的目標(biāo)是帶回約2千克月壤。經(jīng)過論證，2千克數(shù)量上不算少，工程上可實(shí)現(xiàn)。但作為對(duì)這次任務(wù)的考核，我們的目標(biāo)是采樣返回。采到樣品返回地球，就是成功。”裴照宇說。

　　“月球是我們地球的唯一天然衛(wèi)星，更是我們地球的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。”中國探月工程三期總設(shè)計(jì)師胡浩認(rèn)為，“因?yàn)樵虑蛴兴?dú)特的條件，它的位置、環(huán)境、資源都非常獨(dú)特，不光是對(duì)航天技術(shù)、科學(xué)認(rèn)識(shí)的后續(xù)發(fā)展，包括對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)的后續(xù)發(fā)展，都有十分重要的意義。”

　　為什么說每一步都“步步驚心”?

　　作為我國探月工程“繞、落、回”三步走中的收官之戰(zhàn)，不同于中國探月工程嫦娥家族的其他探測器一去不復(fù)返，嫦娥五號(hào)將有望實(shí)現(xiàn)中國航天史上的多個(gè)“首次”。每個(gè)“首次”都意味著全新的挑戰(zhàn)，每一步都堪稱“步步驚心”。

　　一是首次月面自動(dòng)采樣，兩種“挖法”齊上陣。

　　這個(gè)階段，嫦娥五號(hào)將在月面選定區(qū)域著陸，并使出渾身解數(shù)采集月壤，實(shí)現(xiàn)我國首次月面自動(dòng)采樣。來自中國航天科技集團(tuán)五院的設(shè)計(jì)師們精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。當(dāng)順利軟著

　　陸在月球表面，嫦娥五號(hào)就開始了為期約2天的月面工作。

　　“只有一次機(jī)會(huì)!”中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢介紹：“我們將可能遇到設(shè)備故障、突發(fā)情況等諸多風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)月壤狀況也不知情。為了避免各種不可抗力帶來的意外，在地面上進(jìn)行了無數(shù)次試驗(yàn)，反復(fù)調(diào)教機(jī)械臂。”

　　二是首次月面起飛上升，全靠嫦娥五號(hào)“自己完成”。

　　當(dāng)完成月面工作后，嫦娥五號(hào)就要回家了，但嫦娥五號(hào)想帶著月壤回來可不容易。眾所周知，運(yùn)載火箭在地面起飛是有一套復(fù)雜的系統(tǒng)和龐大的地面隊(duì)伍作保障和支撐的。而月面起飛就完全不同，沒有一馬平川的起飛地，更沒有成熟完備的發(fā)射系統(tǒng)。

　　“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)，這就給月面起飛帶來更大的挑戰(zhàn)。此外，這一切都要靠嫦娥五號(hào)自己在38萬公里之外的月球上獨(dú)立完成，難度和風(fēng)險(xiǎn)可想而知。”彭兢說。

　　三是首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接，“千里穿針、一氣呵成”。

　　當(dāng)著陸器托舉上升器實(shí)現(xiàn)月面起飛上升后，嫦娥五號(hào)便開始一路飛奔。但僅靠上升器是不可能實(shí)現(xiàn)返回地球的，它需要飛到月球軌道上，在這里與軌返組合體交會(huì)對(duì)接，把采集到的月壤轉(zhuǎn)移到返回器中。

　　在38萬公里外的月球軌道上進(jìn)行無人交會(huì)對(duì)接不僅在我國尚屬首次，也是人類航天史上的首次，這為嫦娥五號(hào)研制團(tuán)隊(duì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

　　為此，從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開始，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)師們?yōu)殒隙鹞逄?hào)精心設(shè)計(jì)了交會(huì)、對(duì)接、樣品轉(zhuǎn)移、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)對(duì)接。

　　“這種國際上的新興方案，在地面上已經(jīng)進(jìn)行了上千次的模擬，但其難度卻是千里穿針，要求一氣呵成。”中國航天科技集團(tuán)八院嫦娥五號(hào)軌道器技術(shù)總負(fù)責(zé)人查學(xué)雷說。

　　四是首次帶月壤高速再入返回地球，打一個(gè)“太空水漂”。

　　當(dāng)返回器帶著月壤，從38萬公里遠(yuǎn)的月球風(fēng)馳電掣般向地球飛來，這時(shí)它的飛行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為每秒8公里的第一宇宙速度。

　　“可別小看了這每秒3公里的差別，就好像扔石頭，同樣一塊石頭，從一層樓扔下來的速度和從十幾層樓扔下來的速度肯定不一樣。”彭兢說。

　　為此，嫦娥五號(hào)探測器的設(shè)計(jì)師們創(chuàng)新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”，整個(gè)再入返回過程就是讓返回器先高速進(jìn)入大氣層，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、返回地面。

　　此外，月壤來到地球以后，也是我國首次大規(guī)模進(jìn)行月壤樣品的處理、分析和研究，相關(guān)的配套實(shí)驗(yàn)設(shè)施和設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

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　　為什么發(fā)射嫦娥五號(hào)要選在凌晨?

　　據(jù)新華社海南文昌11月24日電 24日，長征五號(hào)運(yùn)載火箭攜嫦娥五號(hào)月球探測器在文昌發(fā)射升空，我國探月工程三期取得良好開局。此次發(fā)射的時(shí)間在凌晨，為什么嫦娥五號(hào)要選擇凌晨升空?中國航天科技集團(tuán)一院總體部設(shè)計(jì)師錢航表示，主要原因是便于奔月軌道設(shè)計(jì)、減少太陽活動(dòng)影響、利于信號(hào)傳播及觀測等。

　　月球探測與火星探測一樣，都屬于深空探測。錢航說，在火箭發(fā)射軌道設(shè)計(jì)上，要考慮到地月相對(duì)位置關(guān)系。此次發(fā)射嫦娥五號(hào)探測器，要在滿足地球與月球位置關(guān)系的限制、火箭射向和滑行時(shí)間的約束、探測器地月轉(zhuǎn)移時(shí)間、返回器再入航程等條件下，選擇最合適的發(fā)射時(shí)間，也就是確定火箭的發(fā)射窗口，而凌晨發(fā)射最有利于奔月軌道的設(shè)計(jì)。

　　“太陽活動(dòng)特別是太陽風(fēng)會(huì)干擾電子信號(hào)傳播，影響地面科研人員操控。”錢航介紹，長征五號(hào)選擇在凌晨飛向宇宙，此時(shí)地球正好把太陽光直接遮蔽住，避免了過多太陽輻射的影響。

　　錢航還表示，天氣條件對(duì)于航天發(fā)射至關(guān)重要。在凌晨，天氣狀況比較穩(wěn)定，云層更少，有利于火箭發(fā)射及信號(hào)的傳播。同時(shí)，可更好地利用望遠(yuǎn)鏡等天文設(shè)備，對(duì)觀察到的發(fā)射情況做出總結(jié)。此外，由于凌晨整體環(huán)境亮度較低，火箭噴射火焰飛向太空時(shí)非常顯眼和突出，有利于地面光學(xué)和測量設(shè)備跟蹤到目標(biāo)，收集相關(guān)信息。

原標(biāo)題：3分鐘看懂為什么要去月球挖土

值班主任：高原

標(biāo)簽要去月球看懂

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