“嫦娥”赴月采土記

席金合

2020年11月24日4時(shí)30分，我國(guó)嫦娥五號(hào)探測(cè)器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“嫦娥五號(hào)”）成功發(fā)射！

11月28日，“嫦娥五號(hào)”順剝進(jìn)入環(huán)月軌道飛行。

11月30日，“嫦娥五號(hào)”著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體順利分離。

12月1日，“嫦娥五號(hào)”著陸器和上升器組合體成功在月球正面預(yù)選著陸區(qū)著陸。

12月2日，“嫦娥五號(hào)”著陸器和上升器組合體完成月面自動(dòng)采樣封裝。

12月6日，“嫦娥五號(hào)”上升器成功與軌道器和返回器組合體交會(huì)對(duì)接，并將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。

12月17日1時(shí)59分，“嫦娥五號(hào)”返回器攜帶月球樣品安全“回家”。

這次任務(wù)創(chuàng)造了五個(gè)中國(guó)“首次”：首次在地外天體上采樣與封裝;首次在地外天體上點(diǎn)火起飛、精準(zhǔn)入軌;首次月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接和樣品轉(zhuǎn)移;首次攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回;首次建立我國(guó)月球樣品的存儲(chǔ)、分析和研究系統(tǒng)。

這次任務(wù)成功實(shí)施，是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展中里程碑式的新跨越，標(biāo)志我國(guó)具備了地月往返的能力，實(shí)現(xiàn)了“繞、落、回”三步走規(guī)劃完美收宮，為我國(guó)未來(lái)月球與行星探測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

飛行器各司其職

完成這次發(fā)射任務(wù)的動(dòng)力裝置，是我國(guó)科學(xué)家自主研制的長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭。長(zhǎng)征五號(hào)系列運(yùn)載火箭由于“塊頭”大，被人們俗稱(chēng)為“胖五”，可以同時(shí)將16輛小轎車(chē)送入太空。

去年7月，飛向火星的我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器就是由“胖五”發(fā)射的。這次，它將重達(dá)8.2噸的“嫦娥五號(hào)”送人軌道，相當(dāng)于大馬拉小車(chē)。我國(guó)未來(lái)航天工程計(jì)劃中20噸左有的長(zhǎng)期有人照料的空間站、大型空間望遠(yuǎn)鏡、返同式月球探測(cè)器、深空探測(cè)器、超重型應(yīng)用衛(wèi)星等發(fā)射任務(wù)，對(duì)“胖五”來(lái)說(shuō)都不在話(huà)下。

“嫦娥五號(hào)”是我國(guó)首個(gè)實(shí)施無(wú)人月面取樣返回的航天器，是迄今為止我國(guó)科學(xué)家研制的最復(fù)雜的航天器之一，由軌道器、返同器、著陸器、上升器組成，包含15個(gè)分系統(tǒng)。在此次任務(wù)中，它經(jīng)歷1 1個(gè)飛行階段、20余天在軌飛行過(guò)程，采集約2千克月壤帶回地球。它十分靈巧，能在太空中完成一系列高難度動(dòng)作：著陸器在月面采樣;上升器攜帶月壤從月面升空，與軌道器和返回器組合體交會(huì)對(duì)接;月壤被轉(zhuǎn)移到返回器內(nèi);軌道器攜帶返回器飛向地球，在進(jìn)入地球大氣層前，兩者分離……

擇機(jī)發(fā)射很重要

人類(lèi)發(fā)射航天探測(cè)器，往往選擇在某個(gè)天體運(yùn)行到距離地球最近位置時(shí)，省時(shí)省事省燃料，操作難度相對(duì)較小，最易成功。這個(gè)時(shí)機(jī)，被形象地稱(chēng)為發(fā)射窗口。

眾所周知，月球的公轉(zhuǎn)周期約為27個(gè)地球日，與地球的平均距離約為38萬(wàn)千米，與地球上每個(gè)具體位置的距離各不相同。而且，月球與地球都處于不停運(yùn)行狀態(tài)，因此發(fā)射窗口彌足珍貴。對(duì)于我國(guó)文昌發(fā)射場(chǎng)而言，“嫦娥五號(hào)”2020年的發(fā)射窗口只有11月2天和12月1天，每天僅50分鐘。為此，科學(xué)家專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了5條發(fā)射軌道。

實(shí)際上，人類(lèi)往往并非在月球剛好運(yùn)行到距發(fā)射場(chǎng)最近時(shí)才發(fā)射月球探測(cè)器，如果這樣做就太遲了。因?yàn)榛鸺驮虑蛱綔y(cè)器飛行需要時(shí)間，月球和地球也在不停地運(yùn)行，科學(xué)家必須計(jì)算好提前量。此外，他們還要考慮天氣，如果在雷雨天等惡劣天氣情況下發(fā)射顯然也不合適。

在月球上采土極難

“嫦娥五號(hào)”的核心使命是，利用在月面T作的2天時(shí)間采集約2千克月壤并帶回來(lái)。

在地球上抓土毫不費(fèi)力，而在遙遠(yuǎn)的月球上采集月壤比登天還難，必須依賴(lài)高度自動(dòng)化、智能化、靈巧化的裝備及先進(jìn)的通信技術(shù)、可靠的遙控能力。因此，我國(guó)科學(xué)家采用表鉆結(jié)合、多點(diǎn)采樣的方式，精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。

著陸器和上升器組合體順利軟著陸在月球表面，用攜帶的鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等，采取深鉆、淺鉆、“鏟土”、“挖土”、“夾土”等方式，采集月壤并密封。

顧及此次飛行任務(wù)以及探測(cè)器的測(cè)控、光照、電源、熱控等條件約束，探測(cè)器采樣期間面臨月面高溫的工作環(huán)境，采樣任務(wù)時(shí)序緊張、機(jī)構(gòu)動(dòng)作多、不確定因素多，專(zhuān)家嘔心瀝血，專(zhuān)門(mén)研制了“嫦娥五號(hào)”的采樣裝置。

多年艱辛奮戰(zhàn)終得碩果，根據(jù)“嫦娥五號(hào)”帶回的月壤，人類(lèi)將能有效論證關(guān)于月球的多種假說(shuō)，進(jìn)一步了解月球的環(huán)境、資源以及氣候條件。大家拭目以待吧！