嫦娥五號創造五個“首次”

吳雪

12月17日凌晨，嫦娥五號圓滿完成我國首次地外天體采樣返回任務，返回器攜帶珍貴的月壤樣品，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。中國航天科技集團八院做了35項故障預案，最后一項都沒有用到，而此次任務也創造了中國航天史上五個“首次”。

最引人注目的環節之一：首次地外天體的采樣與封裝

在月球表面自動采樣封裝階段，嫦娥五號在月面選定區域著陸，并使出渾身解數采集月壤，實現了我國首次月面自動采樣。為此，中國航天科技集團五院設計師們采用表鉆結合，多點采樣的方式，精心設計了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。

當著陸器、上升器組合體順利軟著陸在月球表面后，“嫦娥”為期2天的月面工作就開始了，她采取深鉆、淺鉆、“鏟土”、“挖土”、“夾土”等各種方式，采集約2千克月壤并進行密封封裝。

中國航天史上首次：月面起飛上升

嫦娥五號完成月面工作后，踏上“回娘家”的旅程。這就涉及到突破我國航天史上另一個首次，也是一個高難度科目——月面起飛上升。

月面起飛，與運載火箭在地球起飛經過人工精確測算不同，它沒有一馬平川的起飛地，更沒有成熟完備的發射塔架，著陸器就相當于上升器的發射塔架，托舉著“五姑娘”回家。而月球表面環境復雜，著陸器不一定是四平八穩的狀態，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上，這就給起飛增加了難度。

因此，月面起飛時，必須依靠航天器“自力更生”，實現起飛時自主定位、定姿。為了確保上升器能夠順利起飛上升，航天科技集團五院嫦娥研制團隊進行了大量試驗驗證，并建立了一整套環環相扣的系統保證任務。

38萬公里外的無人交會：首次月球軌道交會對接

當著陸器托舉上升器實現月面起飛上升后，嫦娥五號一路飛奔而去。但僅僅依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，在這里與軌道器、返回器組合體交會對接，把采集到的月壤轉移到返回器。

但在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。人類此前三次無人月球采樣任務，采用的都是月面起飛直接返回地球的方案。

嫦娥五號則實現突破，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，設計師們為嫦娥五姑娘精心設計了交會、對接、組合體運行、軌返組合體與對接艙分離等一系列關鍵動作。

攜帶月壤回家：首次樣品的存儲、分析和研究

此次嫦娥五號任務計劃開展月球樣品的分析與研究，對月球樣品進行系統長期的實驗室研究，分析月壤的結構、物理特性、物質組成，深化月球成因和演化歷史的研究，極具科學意義。

打個“太空水漂”：首次攜帶樣品高速再入地球

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，這時它的飛行速度接近11公里/秒的第二宇宙速度，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公里的差距，它就好像扔石頭，同樣一塊石頭，從一層扔下來和從十幾層樓扔下來的速度肯定不一樣。

同理，航天器從數百公里高的近地軌道返回和從38萬公里遠的月球返回必然不同，且差距巨大。一旦速度過猛，返回器一頭撞向地球，后果不堪設想，必須讓返回器減速飛行。

為此，科研人員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是高速進入大氣層，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。