如果說,拜訪月球已經足夠困難,讓今年所有“參賽選手”都折戟的話,那么,從月球帶著“禮物”返回,更是難上加難。
第一個難題是:從月球返回,需要更大、更重的探測器,因為返程所需的動力和燃料都得著陸器自己事先攜帶。因此,我們需要更大的火箭。嫦娥五號的運載工具就是大家所熟悉的“胖五”——長征五號火箭,這是目前我國推力最大的火箭。
其次,嫦娥五號需要在月球軌道上進行多個艙段多次復雜的交會對接。為了減輕自身的重量,嫦娥五號選擇了阿波羅飛船曾經采用過的方式,即在月球軌道分離和對接,只讓探測器的一部分著陸。之前的神舟飛船、嫦娥四號探測器只有兩個部分需要分離或對接。而對于嫦娥五號而言,則由軌道器、著陸器、上升器、返回器組成了多個艙段多次復雜的分離和對接方式。面對如此復雜的交會對接,地面的工作人員無法實時操控,全部需要自動進行。因為從地球到月球,一來一回的傳輸時間就需2.6秒,如果讓探測器干等地面操控的話,兩三秒內它很可能已經失控甚至撞毀。
此外,從月球上返回,需要實現從月球表面起飛的關鍵技術。不同于地面的起飛,月球表面的起飛也無法實時控制,需要全自動進行。由于需要與月球軌道上的軌道器交會對接,月球表面起飛的距離也會很短。
最后,是返回地球大氣層的難度加大。我們所熟悉的返回式衛星或神舟飛船,都是從低地球軌道返回,速度不超過第一宇宙速度7.9 km/s。而從月球返回地球,嫦娥五號返回的速度會接近第二宇宙速度11.2 km/s。在這種情況下,如果直接沖入大氣層,返回艙很可能徹底燒毀。為了讓返回艙順利著陸,嫦娥五號采用了“打水漂”的方式,即第一次返回時被大氣層彈回太空,再進行第二次返回。為了驗證嫦娥五號的“打水漂”返回技術,2014年,嫦娥五號T1試驗器發射、繞月并成功回收,這標志著我國已經掌握了高速返回的技術。
下一站,下下一站……
眾所周知,人類已經在太陽系中發現了1顆恒星,8顆大行星,5顆矮行星, 4261顆彗星,796354顆小行星……而這些,只是目前已發現的數量,月球也只是我們探測深空的起點。嫦娥五號之后,我國航天的下一個目標天體是哪個呢?
盡管太陽系的天體數量龐大,但在選擇目標時,排除法仍然有效。人類會細心地保護一些天體,或者細心地保護自己的探測器。比如,對土衛二的探測就十分謹慎,通常采用掠過的方式,避免著陸污染其蘊含的液態海洋。再比如,對金星的探測就更加小心,通常都采用不去的方式,避免著陸后高溫高壓、含有硫酸的大氣對探測器的摧殘。
如果說,不去的天體首選金星,那么要去的首選,一定是火星!
以火星為代表的深空探測,是國際空間探測科學發展的前沿和熱點,這也是我國航天在深空領域的重點任務。火星探測有一個特殊的周期性,即火星和地球之間距離的周期性。每26個月,會有一個火星探測窗口,2020年和2022年分別有一個這樣的窗口。
根據計劃,在窗口期內,第一個火星探測任務由“胖五”執行,長征五號將會把探測器直接送入地球—火星轉移軌道。積累了火星探測的經驗后,火星的“禮物”(采樣返回)成了下一個重點。迄今為止,還沒有任何航天器實現了這一宏偉的目標。讓我們拭目以待,中國航天在這一領域的突破。
緊隨火星探測計劃的是小天體探測。根據官方消息,首次小天體的探測計劃可謂一鳴驚人。這個大目標把小行星探測、小天體采樣返回、彗星探測整合在一次任務中,幾乎最大限度地發揮了一艘探測器的作用。
而在太陽系的邊緣,有孕育冥王星的柯伊伯帶,以及孕育哈雷彗星的離散盤,更遠的深空也等待著中國航天探測器的抵達。