中國探月工程嫦娥五號任務正式啟航 月球“挖土”“步步驚心”
長征五號遙五運載火箭發射。(新華社發)
長征五號遙五運載火箭和嫦娥五號探測器垂直轉運至發射區。(新華社發)
4個首次!
嫦娥五號每一步都“步步驚心”
一是首次月面自動采樣，兩種“挖法”齊上陣
二是首次月面起飛上升，全靠嫦娥五號“自己完成”
三是首次實現月球軌道交會對接，“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“太空水漂”
“嫦”風破浪正當時，“五”動九州攬月回。
11月24日凌晨，中國文昌航天發射場。長征五號遙五運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，更是中國航天領域迄今為止最復雜、難度最大的任務之一。
按照計劃，嫦娥五號將成為中國首顆從月球采樣后起飛的探測器，還將帶著自動采集的約2千克月壤歸來。我們為什么要去月球“挖土”?地月往返的探索之旅，又將經歷哪些“步步驚心”的時刻?
為什么要去月球“挖土”?
“舉杯邀明月，對影成三人。”
作為地球唯一的“小伙伴”，月球是我們每個人從出生那天起就“最熟悉的陌生人”，是那個我們每當夜幕降臨總會出現在天空中的仰望。
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識自己。月球探測的每一個大膽設想、每一次成功實施，都是人類認識和利用星球能力的充分展示。
月壤即月球的土壤，對地球人來說蘊藏著巨大的科學價值。為了去月球“挖土”，主要航天國家都“很拼”。
蘇聯月球16號探測器從月球取回了一塊101克的小樣本，月球20號探測器和月球24號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號到阿波羅17號載人飛船實施了7次載人登月任務，除了阿波羅13號因發生故障中途返回，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。
嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成，任務的科學目標主要是開展著陸點區域形貌探測和地質背景勘察;對月球樣品進行系統、長期的實驗室研究。
嫦娥五號任務，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、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇表示，嫦娥五號任務是我國探月工程“繞、落、回”三步走中“回”這一步的主任務，要實現月球表面采樣返回。這次任務相比我們已經實施的繞月探測、落月探測來說，是一次新的、更大的技術跨越。
“我們這次的目標是帶回約2千克月壤。經過論證，2千克數量上不算少，工程上可實現。但作為對這次任務的考核，我們的目標是采樣返回。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星，更是我們地球的戰略制高點。”中國探月工程三期總設計師胡浩認為，“因為月球有它獨特的條件，它的位置、環境、資源都非常獨特，不光是對航天技術、科學認識的后續發展，包括對經濟社會建設的后續發展，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，不同于中國探月工程嫦娥家族的其他探測器一去不復返，嫦娥五號將有望實現中國航天史上的多個“首次”。每個“首次”都意味著全新的挑戰，每一步都堪稱“步步驚心”。
一是首次月面自動采樣，兩種“挖法”齊上陣。
這個階段，嫦娥五號將在月面選定區域著陸，并使出渾身解數采集月壤，實現我國首次月面自動采樣。來自中國航天科技集團五院的設計師們精心設計了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。當順利軟著
陸在月球表面，嫦娥五號就開始了為期約2天的月面工作。
“只有一次機會!”中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢介紹：“我們將可能遇到設備故障、突發情況等諸多風險，對月壤狀況也不知情。為了避免各種不可抗力帶來的意外，在地面上進行了無數次試驗，反復調教機械臂。”
二是首次月面起飛上升，全靠嫦娥五號“自己完成”。
當完成月面工作后，嫦娥五號就要回家了，但嫦娥五號想帶著月壤回來可不容易。眾所周知，運載火箭在地面起飛是有一套復雜的系統和龐大的地面隊伍作保障和支撐的。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射系統。
“著陸器就相當于上升器的發射塔架，月球表面環境復雜，著陸器不一定是四平八穩的狀態，這就給月面起飛帶來更大的挑戰。此外，這一切都要靠嫦娥五號自己在38萬公里之外的月球上獨立完成，難度和風險可想而知。”彭兢說。
三是首次實現月球軌道交會對接，“千里穿針、一氣呵成”。
當著陸器托舉上升器實現月面起飛上升后，嫦娥五號便開始一路飛奔。但僅靠上升器是不可能實現返回地球的，它需要飛到月球軌道上，在這里與軌返組合體交會對接，把采集到的月壤轉移到返回器中。
在38萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接不僅在我國尚屬首次，也是人類航天史上的首次，這為嫦娥五號研制團隊帶來了極大的挑戰。
為此，從上升器進入環月飛行軌道開始，一直到軌返組合體與上升器完成對接與樣品轉移為止，設計師們為嫦娥五號精心設計了交會、對接、樣品轉移、組合體運行、軌返組合體與對接艙分離等一系列關鍵動作，助推嫦娥五號實現對接。
“這種國際上的新興方案，在地面上已經進行了上千次的模擬，但其難度卻是千里穿針，要求一氣呵成。”中國航天科技集團八院嫦娥五號軌道器技術總負責人查學雷說。
四是首次帶月壤高速再入返回地球，打一個“太空水漂”。
當返回器帶著月壤，從38萬公里遠的月球風馳電掣般向地球飛來，這時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，嫦娥五號探測器的設計師們創新提出了半彈道跳躍式再入返回技術方案，就像“在太空打水漂一樣”，整個再入返回過程就是讓返回器先高速進入大氣層，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，也是我國首次大規模進行月壤樣品的處理、分析和研究，相關的配套實驗設施和設備已經準備就緒。
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為什么發射嫦娥五號要選在凌晨?
據新華社海南文昌11月24日電 24日，長征五號運載火箭攜嫦娥五號月球探測器在文昌發射升空，我國探月工程三期取得良好開局。此次發射的時間在凌晨，為什么嫦娥五號要選擇凌晨升空?中國航天科技集團一院總體部設計師錢航表示，主要原因是便于奔月軌道設計、減少太陽活動影響、利于信號傳播及觀測等。
月球探測與火星探測一樣，都屬于深空探測。錢航說，在火箭發射軌道設計上，要考慮到地月相對位置關系。此次發射嫦娥五號探測器，要在滿足地球與月球位置關系的限制、火箭射向和滑行時間的約束、探測器地月轉移時間、返回器再入航程等條件下，選擇最合適的發射時間，也就是確定火箭的發射窗口，而凌晨發射最有利于奔月軌道的設計。
“太陽活動特別是太陽風會干擾電子信號傳播，影響地面科研人員操控。”錢航介紹，長征五號選擇在凌晨飛向宇宙，此時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，天氣條件對于航天發射至關重要。在凌晨，天氣狀況比較穩定，云層更少，有利于火箭發射及信號的傳播。同時，可更好地利用望遠鏡等天文設備，對觀察到的發射情況做出總結。此外，由于凌晨整體環境亮度較低，火箭噴射火焰飛向太空時非常顯眼和突出，有利于地面光學和測量設備跟蹤到目標，收集相關信息。
原標題：中國探月工程嫦娥五號任務正式啟航 月球“挖土”“步步驚心”
值班主任：高原
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