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| 本文作者： 付靜 | 2020-11-24 11:16 |
北京時(shí)間 2020 年 11 月 24 日凌晨 4 時(shí) 30 分，海南文昌發(fā)射場(chǎng)，搭載著“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器的長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭成功點(diǎn)火發(fā)射。
在眾人的注視和歡呼聲中，“胖五”騰空而起，開(kāi)始了它運(yùn)送探測(cè)器至地月轉(zhuǎn)移軌道的任務(wù)，文昌的上空瞬間無(wú)比耀眼。
由于長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，原計(jì)劃于 2017 年出發(fā)的“嫦娥五號(hào)”遲到了三年。終于，中國(guó)首次地外天體采樣返回之旅開(kāi)啟，而這也是我國(guó)迄今為止最為復(fù)雜的航天任務(wù)。
早在 1994 年，我國(guó)航天科技工作者就開(kāi)始了探月活動(dòng)的必要性和可行性研究，隨后的 1996 年和 1998 年，我國(guó)先后完成了探月衛(wèi)星的技術(shù)方案研究、衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)研究。
在長(zhǎng)達(dá) 10 年的研究過(guò)后，2004 年我國(guó)探月工程立項(xiàng)實(shí)施，最終確定中國(guó)整個(gè)探月工程分 3 個(gè)階段進(jìn)行，即我國(guó)探月工程「三步走」戰(zhàn)略。
此次，“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器將為我們帶回月球的第一抔土，實(shí)際上正是我國(guó)探月工程「三步走」戰(zhàn)略的最后一步。
具體來(lái)講，「三步走」戰(zhàn)略即繞-落-回：
繞：發(fā)射月球探測(cè)衛(wèi)星繞月飛行，通過(guò)遙感探測(cè)，獲取月表三維影像，探測(cè)有用元素含量和物質(zhì)類型、月壤特性和地月空間環(huán)境等。
落：發(fā)射月球軟著陸器，攜帶月球巡視勘察器，進(jìn)行月球軟著陸和自動(dòng)巡視勘測(cè)，探測(cè)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖石成分、月表環(huán)境，進(jìn)行月巖現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)和采樣分析以及日-地-月空間環(huán)境監(jiān)測(cè)與月基天文觀測(cè)。
回：發(fā)射月球軟著陸器，進(jìn)行月球樣品自動(dòng)取樣并返回地球，在地球上對(duì)取樣進(jìn)行分析研究。
實(shí)際上，上述三步正是自地球至地外天體飛行技術(shù)、地外天體著陸技術(shù)、自地外天體返地技術(shù)的三次突破。
從 2004 年工程立項(xiàng)，到 2007 年 10 月 24 日第一顆月球探測(cè)衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”發(fā)射，再到今日凌晨“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器順利出發(fā)，「九天攬?jiān)隆沟睦硐胍炎哌^(guò) 16 個(gè)年頭。
據(jù)國(guó)家航天局介紹，此次“嫦娥五號(hào)”任務(wù)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：
提升我國(guó)航天技術(shù)水平：主要在于突破窄窗口多軌道裝訂發(fā)射、月面自動(dòng)采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接、月球樣品儲(chǔ)存等關(guān)鍵技術(shù)；
實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體自動(dòng)采樣返回，推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)重大進(jìn)步；
完善探月工程體系，為我國(guó)開(kāi)展載人登月與深空探測(cè)積累重要的人才、技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。
與此同時(shí)，“嫦娥五號(hào)”也將實(shí)現(xiàn)我國(guó)開(kāi)展航天活動(dòng)以來(lái)的四個(gè)“首次”：
首次在月球表面自動(dòng)采樣；
首次從月面起飛；
首次在 38 萬(wàn)公里外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接；
首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。
要實(shí)現(xiàn)上述成就，并非一件易事。
主要的幾大難點(diǎn)如下：
第一個(gè)難點(diǎn)在于發(fā)射——“嫦娥五號(hào)”落月后要經(jīng)歷月面發(fā)射任務(wù)，而落月范圍容易存在誤差，會(huì)影響到發(fā)射點(diǎn)經(jīng)緯度、坡度、高程的變化，所以“嫦娥五號(hào)”必須知道自己身處的精確位置和狀態(tài)。
第二個(gè)難點(diǎn)在于著陸——“嫦娥五號(hào)”不僅要月面著陸，更要地面著陸。由于月地間的距離遙遠(yuǎn)，在返回地球時(shí)，火箭的溫度會(huì)隨著速度不斷上升，在進(jìn)入地球大氣層時(shí)可能會(huì)因?yàn)闇囟葐?wèn)題再入失敗。
第三個(gè)難點(diǎn)在于封裝——為防止月壤樣品分別在離開(kāi)月球、再入的過(guò)程中不受影響，“嫦娥五號(hào)”將進(jìn)行月面封裝、月軌封裝兩步。要全程自動(dòng)完成這項(xiàng)細(xì)致的工作，難度可想而知。
第四個(gè)難點(diǎn)在于月球軌道對(duì)接——此前我國(guó)的空間自主交會(huì)對(duì)接工作都是在地球軌道上進(jìn)行的，相比地球軌道，月球軌道附近的地面站、人造衛(wèi)星提供的服務(wù)資源少了很多。
整個(gè)任務(wù)將持續(xù)約 23 個(gè)地球日，最終“嫦娥五號(hào)”也將在月球收集 2 公斤樣本，任務(wù)整體難度相當(dāng)之大。
雷鋒網(wǎng)了解到，“嫦娥五號(hào)”作為中國(guó)首個(gè)實(shí)施無(wú)人月面取樣返回的航天器，全重 8.2 噸，由軌道器（提供動(dòng)力的地月穿梭巴士）、返回器（帶著樣本回到地球）、著陸器（用于登月過(guò)程時(shí)的下降）、上升器（帶著樣本從月球起飛）四部分組成。
四部分的具體安排是：
地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行后，著陸器和上升器與軌道器和返回器分離，軌道器、返回器留軌運(yùn)行，著陸器承載上升器實(shí)施月球正面預(yù)選區(qū)域軟著陸，按計(jì)劃開(kāi)展月面自動(dòng)采樣等后續(xù)工作。
值得一提的是，“嫦娥五號(hào)”的結(jié)構(gòu)相比「前浪」們要復(fù)雜得多——“嫦娥一號(hào)”與“嫦娥二號(hào)”僅有一個(gè)軌道器，“嫦娥三號(hào)”與“嫦娥四號(hào)”則是著陸器+巡視器的設(shè)計(jì)。
2019 年，“嫦娥四號(hào)”首次在月球背面著陸，而此次“嫦娥五號(hào)”要在較短的時(shí)間內(nèi)在月球正面收集物質(zhì)。對(duì)此，德國(guó)明斯特大學(xué)的行星地質(zhì)學(xué)家 Carolyn van der Bogert 表示：
這是一項(xiàng)重要的技術(shù)能力。
作為無(wú)人探月史上最重的探測(cè)器，“嫦娥五號(hào)”所搭乘的載具正是長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭——我國(guó)迄今為止技術(shù)跨度最大、運(yùn)載能力最強(qiáng)、推力最大的一型大型運(yùn)載火箭。
于 2006 年立項(xiàng)研制的長(zhǎng)征五號(hào)系列運(yùn)載火箭為新一代運(yùn)載火箭中芯級(jí)直徑為 5 米的火箭系列，相比于長(zhǎng)征家族的其它成員，長(zhǎng)征五號(hào)系列個(gè)頭大、腰圍粗，因此也被親切地稱為“胖五”。
運(yùn)載能力是衡量火箭實(shí)力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而“胖五”可以說(shuō)是實(shí)力非凡——長(zhǎng)征五號(hào)是我國(guó)運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭，可實(shí)現(xiàn)近地軌道 25 噸級(jí)、地球同步轉(zhuǎn)移軌道 14 噸級(jí)的運(yùn)力，地火轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力 6 噸，地月轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力 8.2 噸。
在世界現(xiàn)役火箭中，長(zhǎng)征五號(hào)與 SpaceX 公司建造的獵鷹重型火箭（近地軌道運(yùn)載能力 63.8 噸、地球同步軌道運(yùn)載能力為 26.7 噸）和美國(guó)德?tīng)査匦突鸺蓪⒆疃?28.79 噸的有效載荷送入低地軌道、將 11 噸有效載荷送入通信衛(wèi)星所在的地球同步軌道）共同處于世界領(lǐng)先水平。
直到今天，成功從月球上「挖土」回來(lái)的國(guó)家只有前蘇聯(lián)和美國(guó)，而上一次任務(wù)迄今已經(jīng)過(guò)去了 44 年。
1969 年 7 月，阿波羅 11 號(hào)成功采集月球樣本 21.55 千克。那一次任務(wù)也是人類首次成功登月。
1969 年，阿波羅 12 號(hào)出征，開(kāi)啟了人類第二次載人登月任務(wù)，采集月球樣本 34.35 千克。
1970 年 9 月 12 日，當(dāng)時(shí)已在月球競(jìng)賽中落后的前蘇聯(lián)發(fā)射了月球 16 號(hào)探測(cè)器，它是人類歷史上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)在月球上自動(dòng)取樣并送回地球的探測(cè)器，采集了月球樣本 101 克。
1971 年，阿波羅 14 號(hào)出發(fā)，在人類第三次載人登月任務(wù)中，美國(guó)宇航員采集了月球樣本 42.27 千克。
同年，阿波羅 15 號(hào)也奔赴月球，這是人類第四次載人登月，也是宇航員首次駕駛月球車(chē)，當(dāng)時(shí)采集到的樣本為 77.31 千克。
1972 年 2 月，前蘇聯(lián)的月球 20 號(hào)再次出發(fā)，由于遇上了玄武巖，僅采集到了月球樣本 55 克。
同年，美國(guó)的阿波羅 16 號(hào)和阿波羅 17 號(hào)也先后登月，采集的樣本分別為 95.7 千克、110.5 千克。
4 年后的 1976 年 8 月 9 日，前蘇聯(lián)的月球 24 號(hào)發(fā)射，這是前蘇聯(lián)發(fā)射的最后一艘月面采樣返回?zé)o人探測(cè)器，采集到的樣本有 170.1 克。
至此，美國(guó)已從月球取回 381 千克樣品，前蘇聯(lián)則取回樣品共 330 克。
1978 年那年，美國(guó)總統(tǒng)在中美恢復(fù)建交后向我國(guó)贈(zèng)送了 1 克珍貴的月壤，其中 0.5 克用于我國(guó)月球探測(cè)工程首席科學(xué)家、“嫦娥之父”歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士及其團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究，剩余 0.5 克則存放于北京天文館。
值得一提的是，僅憑著 0.5 克樣本，歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士研究透了其成分、構(gòu)造等特性，甚至還推斷出這份禮物是由阿波羅 17 號(hào)采集來(lái)的樣品。
如今，距離前蘇聯(lián)的月球 24 號(hào)完成任務(wù)已經(jīng)過(guò)去了 44 年之久，我國(guó)的“嫦娥五號(hào)”也即將在月球正面的風(fēng)暴洋北部直徑約 70 千米的呂姆克（Mons Rümker）火山丘中降落、向月表下方打一個(gè)深達(dá) 2 米的鉆，完成取樣壯舉。
0.5 克和 2 千克，不僅僅是數(shù)字，更是中國(guó)航天人 42 年的夢(mèng)想、決心和勇氣。
2020 年，對(duì)于中國(guó)航天來(lái)說(shuō)是極為重要的一年。
6 月 23 日 9 時(shí) 43 分許，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，搭載著北斗系統(tǒng)第 55 顆導(dǎo)航衛(wèi)星暨北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星的長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭點(diǎn)火升空，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署終于全面完成。
7 月 23 日 12 時(shí) 41 分，海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)，搭載著“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器的長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射，我國(guó)首個(gè)火星探測(cè)任務(wù)順利開(kāi)啟。
今天，“嫦娥五號(hào)”也已踏上為期 23 天、跨越近 80 萬(wàn)公里的征程，完成“繞-落-回”最終章，實(shí)現(xiàn)我國(guó)航天事業(yè)新的跨越。
愿此次任務(wù)圓滿成功。
引用來(lái)源：
http://www.spaceflightfans.cn/event/cz-5-yz-2_ce-5
https://mp.weixin.qq.com/s/a0GNeSjoza0bYXEQolHD9A
http://www.cnsa.gov.cn/n6759533/c6810554/content.html
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1683482058928133627&wfr=spider&for=pc
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