五問“嫦五”，怎樣去月球“挖土”

倪偉

一問：嫦娥五號去月球做什么

2020年12月17日1時59分，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在內蒙古四子王旗預定區(qū)域安全著陸，標志著我國首次地外天體采樣返回任務圓滿完成。

作為我國探月工程“繞、落、回”三步走中的收官之戰(zhàn)，中國航天科技集團有限公司研制的嫦娥五號，連續(xù)實現(xiàn)我國航天史上的四個“首次”：首次月面自動采樣，首次月面起飛上升，首次實現(xiàn)月球軌道交會對接，首次帶月壤高速再入返回地球。

設計師為嫦娥五號設計了兩種“挖土”模式：鉆取和表取，嫦娥五號著陸后開展了為期兩天的月面工作，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。嫦娥五號隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等科技“神器”。

此外，嫦娥五號探測器還開展了一系列科學探測，如著陸區(qū)的現(xiàn)場調查和分析，著陸點區(qū)域形貌探測和地質背景勘察，獲取與月球樣品相關的現(xiàn)場分析數(shù)據，建立現(xiàn)場探測數(shù)據與實驗室分析數(shù)據之間的聯(lián)系等。

二問：誰送嫦娥五號去月球

此次運送嫦娥五號去月球的“班車”，與2020年7月運送天問一號去火星的是同一輛——長征五號運載火箭。這也是長征五號第二次承擔應用性任務。

此次探月任務要實現(xiàn)月球采樣返回，探測器總重8.2噸，在我國現(xiàn)有運載火箭中，只有長征五號可以將其送入地月轉移軌道。

地月轉移軌道是一個大橢圓的軌道，近地點200千米，遠地點41萬千米。長征五號將嫦娥五號直接送入地月轉移軌道，不需探測器自身加速。探測器與火箭分離以后，沿著大橢圓軌道飛行，可以到達近月點附近，在近月點附近減速后，進入環(huán)繞月球的軌道。

“十四五”期間，長征五號系列火箭將執(zhí)行我國載人空間站建設，計劃在未來2～3年內，用長征五號B火箭完成載人空間站的主體建設。長征五號火箭還將在深空探測、星際探測中扮演重要角色，不論是行星探測還是小行星探測，長征五號強大的運載能力都是實現(xiàn)航天目標的重要支撐，不僅可以讓探測器攜帶更多科學探測設備，還可以在軌道設計上擁有更多選擇。

三問：在月球怎么“挖土”

作為此次任務的核心環(huán)節(jié)，月球表面自動采樣和封裝最引人注目。

此次嫦娥五號的鉆取采樣裝置可以鉆進月表2米深的地方，采集月壤樣品。所采用的鉆頭，可謂百里挑一，研制人員對比了16種設計方案，最終確定雙排鉆牙階梯構型，具備對8級硬度巖石的鉆進能力，針對不同顆粒度月壤具有切削、撥、擠、排的能力。

四問：“挖土”后怎么返回

嫦娥五號不是整個降落在月球上，到了月球軌道以后，嫦娥五號的四個部分就分成了兩部分，著陸器和上升器組合體降落，軌道器和返回器組合體環(huán)繞月球飛行。等采樣完成后，上升器點火起飛，與軌道器和返回器組合體對接，把樣品轉移到返回器內。軌道器與返回器一起飛回地球，最終在地球上空再次解體，返回器帶著樣品獨自回歸。

所有操作幾乎都是首次嘗試，頗具科幻感的一幕是上升器在月面點火起飛，這是我國航天器首次在另一個星球起飛。

在地球上發(fā)射運載火箭，需要一套完備的發(fā)射塔架系統(tǒng)，點火起飛位置經過精確測算，飛行軌道也是經過一遍遍計算好的。月面起飛就不一樣了，沒有發(fā)射塔架，著陸器就相當于上升器的塔架。而月球表面環(huán)境復雜，著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài)，很有可能落在斜坡或者凹凸不平的月表，這給起飛帶來了很大的難度。

此外，還要克服地月環(huán)境差異、發(fā)動機羽流導流空間受限等難題。月面起飛的時候，無法像運載火箭在地面發(fā)射前由地面人員完成測調和確認，必須依靠航天器“自力更生”，實現(xiàn)起飛時自主定位定姿。

五問：與前四位“嫦娥”有何不同

承擔的使命不同。嫦娥五號要完成探月工程“繞、落、回”的最后一步，將推動我國深空探測領域的科技進步，促進我國空間科學、空間技術跨越發(fā)展。

任務目標不同。嫦娥五號任務的目的是實現(xiàn)月面自動采樣返回，開展月球樣品地面分析研究。實施任務期間，嫦娥五號探測器將重點實現(xiàn)三大工程目標，要突破一系列關鍵技術，提升我國航天技術水平，要實現(xiàn)首次地外天體自動采樣返回，推進我國科學技術重大跨越。另外，還要為載人登月和深空探測奠定一定的人才、技術和物質基礎。

歸宿不同。嫦娥一號在環(huán)繞月球探測以后，按預定計劃受控撞月，殞命月表；嫦娥二號完成月球探測任務后，與圖塔蒂斯小行星擦肩而過，實現(xiàn)我國對小行星的飛躍探測，之后飛向更遠深空，成為我國第一個行星際探測器；嫦娥三號和四號將永久留在月球正面和背面；而嫦娥五號分離成了四部分，分別留在月表、月球軌道、地月之間和返回地球。