【解讀】嫦娥“五姑娘”首次奔月“挖土”的五大看點：她有可能創造五個首次！12i曹操讀書網

2020年11月24凌晨，長征五號遙五運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空，在破曉中劃出一道金色弧線，成功將“嫦娥五號”月球探測器送入地月轉移軌道。12i曹操讀書網

嫦娥五號任務是我國今年航天發射的重磅任務，更是中國探月工程“繞、落、回”三步走的最后一步,將實現包括我國首次月球無人采樣返回在內的一系列高難度任務。據介紹，嫦娥五號探測器是迄今為止我國研制的最為復雜的航天器系統，由軌道器、返回器、著陸器、上升器4器組成，也是我國目前發射的重量最重的月球探測器。12i曹操讀書網

這么多首次疊加在一起，意味著本次任務難度非常高，可謂“步步驚心”，同時看點也是層出不窮。在嫦娥五號任務發射之前，環球時報-環球網記者走進文昌航天發射場，聽多位航天專家權威解讀嫦娥五姑娘的本次探月之旅。12i曹操讀書網

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嫦娥五號探測器在軌工作效果圖，航天八院供圖。下同12i曹操讀書網

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看點一：長五發嫦五——本年度最有“分量”的發射12i曹操讀書網

據國家航天局探月與航天工程中心黨委副書記關鋒介紹，探月工程三期是我國探月工程重大科技專項“繞、落、回”三步走戰略的最后一步，將實現月球采樣返回。三期工程規劃實施兩次采樣返回，在嫦娥五號任務之后，后續還有嫦娥六號任務。同時為了降低飛行任務的風險，已成功進行了一次再入返回試驗。嫦娥五號任務是我國迄今最復雜、難度最大的航天任務之一。12i曹操讀書網

國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設計師、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇表示，嫦娥五號任務有望創造5個“中國首次”：12i曹操讀書網

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除了意義重大，這次任務運載火箭和搭載的乘客也是“分量”十足。據專家介紹，嫦娥五號月球探測器重達8.2噸，是我國目前發射的重量最重的月球探測器。作為我國探月三期工程采樣返回任務的核心，由中國航天科技集團研制的嫦娥五號探測器是迄今為止我國研制的最為復雜的航天器系統，由軌道器、返回器、著陸器、上升器4器共包含15個分系統組成。而嫦娥五號探測器需要直接被送入近地點200公里、遠地點41萬公里的地月轉移軌道，“在長征火箭家族中，只有長征五號運載火箭可以將這么重的載荷直接送入地月轉移軌道，這是對運載火箭能力的集中檢驗，也是對中國航天能力的最佳注解。”長征五號火箭第一總指揮、航天科技集團一院黨委書記李明華介紹稱。12i曹操讀書網

據統計，這是長征五號系列運載火箭第六次發射，也是2020年第三次執行發射任務。2020年5月5日，長征五號B遙一火箭成功首飛；7月23日，長征五號遙四運載火箭成功發射“天問一號”火星探測器。12i曹操讀書網

此前美蘇也曾進行過月球采樣返回，本次任務有什么異同呢？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，人類過去的采樣返回任務要么是載人登月，通過宇航員攜帶不同的工具去采樣，然后將樣品帶回來。或者像蘇聯用一個單一的采樣裝置去采樣，每次采樣量大概一兩百克。中國這次瞄準的是采到公斤級樣品。12i曹操讀書網

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看點二：嫦娥五號的“四大護法”長什么樣12i曹操讀書網

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，嫦娥五號探測器總共有四部分組成，總重量8200公斤，四器形式上有點像穿糖葫蘆，從上到下依次是上升器，著陸器、返回器和軌道器，這四部分在發射時組成一個探測器整體，高度大約7.2米左右。在飛行過程中，根據不同的任務階段會組合成不同的形式。從名字上大概也能看出來四器分別的用途。上升器主要功能是攜帶在月面收集到的樣品從月球表面起飛，起飛以后進入環繞月球軌道后，它會作為目標飛行器，由軌返組合體和它進行交會對接，完成之后再把樣品轉移到返回器里面。著陸器顧名思義就是要在月球表面著陸，它的主要功能包括攜帶上升器以著陸上升組合體的形式落在月面。著陸后，它最重要的工作就是分別由鉆取和表取方式完成月球表面的采樣并完成封裝。返回器的功能就是當完成交會對接、樣品轉移到返回器之后，由它攜帶樣品返回地球。12i曹操讀書網

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在談到軌道器的功能時，彭兢說，它主要是承擔在不同軌道上飛行的任務，比如在發射時，它會攜帶其他三器，完成地球到月球的飛行，也就是地月轉移。到了月球之后，軌道器要剎車，通過減速制動，使得四個部分組成的探測器整體進入環繞月球軌道，并且在軌道上軌道器要和返回器構成一個組合體和著陸上升器分開，著陸上升器去著陸，而軌道器返回器要留在軌道上，等待上升器攜帶樣從月面起飛進入月球軌道，然后在月球軌道的飛行過程中，它要進行交互對接的準備工作。完成交會對接和樣品轉移之后，它將在環月軌道上攜帶返回器飛行一段時間。等待合適時機，軌道器會攜帶返回器，加速完成從月球飛向地球的過程，也就是月地轉移。回到地球附近之后，軌道器會釋放返回器，返回器攜帶樣品回到地球。軌道器會在地面控制下完成規避機動，確保返回器能夠安全著陸，然后它會進入一個環繞地球的大橢圓軌道，等待后續處置。12i曹操讀書網

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看點三：采樣區域選擇大有講究12i曹操讀書網

據國家航天局介紹，嫦娥五號任務的采樣區域是在月球正面風暴洋西北部，采樣方式是機械臂表取和鉆地鉆取的方式，采樣量約兩公斤，月面工作時間約兩天。12i曹操讀書網

那去月球表面采樣有哪些重要意義呢？中國地質大學（武漢）行星科學研究所教授肖龍對媒體介紹，月壤是研究月球的樣本，由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽風轟擊和宇宙射線輻射等空間風化作用后形成，其中有大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質。科學家通過研究這些月壤物質，既可以了解月球的地質演化歷史，也可以為了解太陽活動等提供必要的信息。12i曹操讀書網

全國空間探測首席科學傳播專家龐之浩告訴《環球時報》記者，探測月球有3種常用方法：一是環繞探測，二是著陸和巡視探測，三是采樣返回探測。從技術層面看，3種空間探測方式每一步都是對前一步的深化，并同時為下一步奠定基礎。完成月球采樣返回任務，需要經歷一個全面、精細、深入的科學探測過程，可以突破一系列關鍵技術，并為今后載人登月和月球科研站選址等提供有關數據、奠定技術基礎。12i曹操讀書網

本次任務的采樣地點選擇在風暴洋西北部有哪些考量呢？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稱，嫦娥五號任務的著陸地點就在月球正面風暴洋西北部，這個位置過去還沒有人類探測器，無論著陸還是載人的，還是返回的，都沒有去過。科學家根據目前的研究成果，認為這塊區域形成的地質年代比較年輕。相比過去已經帶回到地球的樣品和從地面開展的研究來講，如果能夠將這塊區域的樣品帶回實驗室進行分析，能夠幫助人類更好地認識月球形成過程。同時，選擇在暴風洋西北部采樣也有從工程實現角度來考慮的因素。12i曹操讀書網

為什么要采用兩種采樣方式呢？彭兢表示，從完成任務本身來講，過去人類歷史上無人月球采樣，只有蘇聯用鉆取方式，他們的鉆頭中間是一個中空結構，通過把鉆頭深入到月球表面以下，然后中空的管子里邊能夠取樣。那么我們過了幾十年再采樣的話，當然也可以在蘇聯已經使用的這種鉆取采樣的基礎上，提高技術水平，比如說采更多的樣，還有另外一種方式就是換一種采樣方式，然后獲得不同的樣品。所以從這個角度考慮，我們認為單一的采樣方式獲取的樣品形式種類和總量等方面受限制比較多，用兩種方式能夠獲得更多種類、更多數量的樣品。另外我們從工程本身來講，設計鉆取和表取這兩種方式，可以互為備份。12i曹操讀書網

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看點四：“五姑娘”采樣返回要過N道關12i曹操讀書網

嫦娥五號被“胖五”成功送入地月轉移軌道，這是本次任務系列步驟中的第一步，后續它還將在20多天中突破層層技術難關并最終完成采樣返回。這一點從嫦娥五號任務的眾多關鍵節點就可見一斑。據國家航天局探月與航天工程中心黨委副書記關鋒介紹，嫦娥五號任務在文昌航天發射場用長征五號運載火箭直接將探測器送入地月轉移軌道，探測器與火箭分離之后，將完成地月轉移、近月制動進入環月軌道，在環月軌道上四器要進行第一次分離，著陸器上升器組合體（“著上組合體”）與軌道器返回器組合體（“軌返組合體”）進行分離，著上組合體將降落在月球正面風暴洋西北部區域，之后在48小時之內通過機械臂表取與鉆地鉆取兩種方式共采集月面的土壤和巖石樣品約兩公斤，同時進行科學探測。完成采樣和封裝后，上升器在月面起飛，與位于月球軌道上的軌返組合體進行交會對接，并將樣品容器轉移到返回器內，隨后軌返組合體與上升器分離，在預定時機加速進入月地轉移軌道，飛行至地球約5000公里高度時，軌道器和返回器再次進行分離，返回器以半彈道、跳躍式返回地球，距離地面10公里高度時，返回器開傘著陸于內蒙古四子王旗預定著陸區域。地面搜索回收力量在兩天內完成地面回收。整個過程歷時23天左右。12i曹操讀書網

《環球時報》從航天科技集團五院了解到，發射成功后，嫦娥五號將經過11個階段，20余天的在軌飛行過程，飛行程序非常復雜，技術性能要求嚴格。據專家介紹，嫦娥五號探測器任務技術難點主要表現在多個關鍵環節。關鍵一：軌道設計復雜。嫦娥五號探測器飛行階段多，各階段軌道方案耦合緊密，軌道設計受到測控、運載和著陸場的限制，約束條件多，各飛行階段軌道在控制和測定軌精度能力有限的情況下，匹配精度要求高；飛行過程還涉及月球軌道交會對接、月地轉移等新的飛行階段，飛行過程復雜，軌道設計難度大。關鍵二：月面采樣封裝技術新。采樣封裝是嫦娥五號月球無人采樣返回任務的核心環節之一。月面采樣封裝任務采用表鉆結合，多點采樣的方式，采樣裝置為全新研制，技術新、難度大。關鍵三：月面起飛上升驗證難。上升器基于著陸平臺的月面起飛需解決月面起飛初始基準與起飛平臺姿態不確定、發動機羽流導流空間受限、地月環境差異帶來的驗證技術難度大等問題。關鍵四：月球軌道交會對接與樣品轉移自主性要求高。與近地軌道交會對接不同，嫦娥五號月球軌道交會對接任務，對對接和樣品轉移過程自主性要求高。需要在考慮各種約束條件下完成交會對接飛行方案設計；同時，月球交會對接過程中，地面測控支持能力受限，受到對接機構大小的限制，對接精度的要求較高。12i曹操讀書網

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看點五：回家之路仍有挑戰12i曹操讀書網

根據國家航天局的介紹，本次任務采用半彈道、跳躍式返回，著陸區域為內蒙古四子王旗相關區域，2014年10月曾成功試驗了飛行器以第二宇宙速度再入返回，驗證了氣動力、氣動熱防護、制導導航與控制等多項關鍵技術，為嫦娥五號任務奠定了堅實的基礎。12i曹操讀書網

據彭兢介紹，從宏觀上講，嫦娥五號任務的返回器跟2014年驗證試驗時返回器狀態是一致的。因為那次飛行試驗的目的就是為了驗證返回器能夠以第二宇宙速度，也就是11公里每秒這個量級的速度，返回地球大氣這樣一個過程，這里邊涉及到的氣動、防熱、控制等一系列復雜關鍵技術。2014年成功驗證之后，使得我們對完成嫦娥五號任務有了更多信心。前提條件就是能夠充分繼承那此試驗中返回器的狀態，但實際上這兩個返回器還是有一些細微差別的。主要就是因為這次返回器要接收從月球表面起飛帶上來的月球樣品，所以多了一個返回艙，而且艙是一個機構，這個艙要保證在交互對接的時候打開，能夠確保樣品容器能夠進入到艙里面，在返回地球過程中還要保證這個艙門可以關上以保護樣品。針對這些差別，研制人員已經做了大量地面試驗。12i曹操讀書網

而其中再入返回只是返回器回地球的最后一步，在此之前還有一個關鍵節點——高精度月地入射。《環球時報》記者從航天科技集團五院了解到，月地入射的主要目的是通過月球軌道上的軌道機動，使軌返組合體進入月地轉移軌道，由于月地關系的不斷變化，月地入射窗口及入射點位置均受到嚴格約束，為理論上的零窗口；同時，月地入射的精度在一定程度上決定了返回器再入點精度，影響返回器的安全著陸，控制精度要求高。而在完成高精度月地入射之后，飛行器將迎來回家之旅又一個關鍵點——以第二宇宙速度再入返回地球大氣。12i曹操讀書網

據航天專家介紹，“半彈道跳躍式飛行”增加了在大氣層的“一出一入”，可以消耗掉返回器的部分能量，從而減小著陸速度，拉長航程，有利于選擇降落區。12i曹操讀書網

來源：環球時報-環球網/劉揚樊巍葉雨恬12i曹操讀書網