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| 本文作者： 付靜 | 2020-11-24 11:16 |
北京時間 2020 年 11 月 24 日凌晨 4 時 30 分，海南文昌發(fā)射場，搭載著“嫦娥五號”探測器的長征五號遙五運載火箭成功點火發(fā)射。
在眾人的注視和歡呼聲中，“胖五”騰空而起，開始了它運送探測器至地月轉(zhuǎn)移軌道的任務(wù)，文昌的上空瞬間無比耀眼。
由于長征五號運載火箭發(fā)動機出現(xiàn)故障，原計劃于 2017 年出發(fā)的“嫦娥五號”遲到了三年。終于，中國首次地外天體采樣返回之旅開啟，而這也是我國迄今為止最為復(fù)雜的航天任務(wù)。
早在 1994 年，我國航天科技工作者就開始了探月活動的必要性和可行性研究，隨后的 1996 年和 1998 年，我國先后完成了探月衛(wèi)星的技術(shù)方案研究、衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)研究。
在長達 10 年的研究過后，2004 年我國探月工程立項實施，最終確定中國整個探月工程分 3 個階段進行，即我國探月工程「三步走」戰(zhàn)略。
此次，“嫦娥五號”探測器將為我們帶回月球的第一抔土，實際上正是我國探月工程「三步走」戰(zhàn)略的最后一步。
具體來講，「三步走」戰(zhàn)略即繞-落-回：
繞：發(fā)射月球探測衛(wèi)星繞月飛行，通過遙感探測，獲取月表三維影像，探測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，進行月球軟著陸和自動巡視勘測，探測地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖石成分、月表環(huán)境，進行月巖現(xiàn)場探測和采樣分析以及日-地-月空間環(huán)境監(jiān)測與月基天文觀測。
回：發(fā)射月球軟著陸器，進行月球樣品自動取樣并返回地球，在地球上對取樣進行分析研究。
實際上，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，到 2007 年 10 月 24 日第一顆月球探測衛(wèi)星“嫦娥一號”發(fā)射，再到今日凌晨“嫦娥五號”探測器順利出發(fā)，「九天攬月」的理想已走過 16 個年頭。
據(jù)國家航天局介紹，此次“嫦娥五號”任務(wù)計劃實現(xiàn)以下目標(biāo)：
提升我國航天技術(shù)水平：主要在于突破窄窗口多軌道裝訂發(fā)射、月面自動采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、月球樣品儲存等關(guān)鍵技術(shù)；
實現(xiàn)我國首次地外天體自動采樣返回，推動我國科學(xué)技術(shù)重大進步；
完善探月工程體系，為我國開展載人登月與深空探測積累重要的人才、技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。
與此同時，“嫦娥五號”也將實現(xiàn)我國開展航天活動以來的四個“首次”：
首次在月球表面自動采樣；
首次從月面起飛；
首次在 38 萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接；
首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。
要實現(xiàn)上述成就，并非一件易事。
主要的幾大難點如下：
第一個難點在于發(fā)射——“嫦娥五號”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，會影響到發(fā)射點經(jīng)緯度、坡度、高程的變化，所以“嫦娥五號”必須知道自己身處的精確位置和狀態(tài)。
第二個難點在于著陸——“嫦娥五號”不僅要月面著陸，更要地面著陸。由于月地間的距離遙遠，在返回地球時，火箭的溫度會隨著速度不斷上升，在進入地球大氣層時可能會因為溫度問題再入失敗。
第三個難點在于封裝——為防止月壤樣品分別在離開月球、再入的過程中不受影響，“嫦娥五號”將進行月面封裝、月軌封裝兩步。要全程自動完成這項細致的工作，難度可想而知。
第四個難點在于月球軌道對接——此前我國的空間自主交會對接工作都是在地球軌道上進行的，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。
整個任務(wù)將持續(xù)約 23 個地球日，最終“嫦娥五號”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”作為中國首個實施無人月面取樣返回的航天器，全重 8.2 噸，由軌道器（提供動力的地月穿梭巴士）、返回器（帶著樣本回到地球）、著陸器（用于登月過程時的下降）、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、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、返回器留軌運行，著陸器承載上升器實施月球正面預(yù)選區(qū)域軟著陸，按計劃開展月面自動采樣等后續(xù)工作。
值得一提的是，“嫦娥五號”的結(jié)構(gòu)相比「前浪」們要復(fù)雜得多——“嫦娥一號”與“嫦娥二號”僅有一個軌道器，“嫦娥三號”與“嫦娥四號”則是著陸器+巡視器的設(shè)計。
2019 年，“嫦娥四號”首次在月球背面著陸，而此次“嫦娥五號”要在較短的時間內(nèi)在月球正面收集物質(zhì)。對此，德國明斯特大學(xué)的行星地質(zhì)學(xué)家 Carolyn van der Bogert 表示：
這是一項重要的技術(shù)能力。
作為無人探月史上最重的探測器，“嫦娥五號”所搭乘的載具正是長征五號運載火箭——我國迄今為止技術(shù)跨度最大、運載能力最強、推力最大的一型大型運載火箭。
于 2006 年立項研制的長征五號系列運載火箭為新一代運載火箭中芯級直徑為 5 米的火箭系列，相比于長征家族的其它成員，長征五號系列個頭大、腰圍粗，因此也被親切地稱為“胖五”。
運載能力是衡量火箭實力的一項重要指標(biāo)，而“胖五”可以說是實力非凡——長征五號是我國運載能力最強的火箭，可實現(xiàn)近地軌道 25 噸級、地球同步轉(zhuǎn)移軌道 14 噸級的運力，地火轉(zhuǎn)移軌道的運載能力 6 噸，地月轉(zhuǎn)移軌道的運載能力 8.2 噸。
在世界現(xiàn)役火箭中，長征五號與 SpaceX 公司建造的獵鷹重型火箭（近地軌道運載能力 63.8 噸、地球同步軌道運載能力為 26.7 噸）和美國德爾塔重型火箭（可將最多 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」回來的國家只有前蘇聯(lián)和美國，而上一次任務(wù)迄今已經(jīng)過去了 44 年。
1969 年 7 月，阿波羅 11 號成功采集月球樣本 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 號出征，開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)時已在月球競賽中落后的前蘇聯(lián)發(fā)射了月球 16 號探測器，它是人類歷史上第一個實現(xiàn)在月球上自動取樣并送回地球的探測器，采集了月球樣本 101 克。
1971 年，阿波羅 14 號出發(fā)，在人類第三次載人登月任務(wù)中，美國宇航員采集了月球樣本 42.27 千克。
同年，阿波羅 15 號也奔赴月球，這是人類第四次載人登月，也是宇航員首次駕駛月球車，當(dāng)時采集到的樣本為 77.31 千克。
1972 年 2 月，前蘇聯(lián)的月球 20 號再次出發(fā)，由于遇上了玄武巖，僅采集到了月球樣本 55 克。
同年，美國的阿波羅 16 號和阿波羅 17 號也先后登月，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人探測器，采集到的樣本有 170.1 克。
至此，美國已從月球取回 381 千克樣品，前蘇聯(lián)則取回樣品共 330 克。
1978 年那年，美國總統(tǒng)在中美恢復(fù)建交后向我國贈送了 1 克珍貴的月壤，其中 0.5 克用于我國月球探測工程首席科學(xué)家、“嫦娥之父”歐陽自遠院士及其團隊進行研究，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，歐陽自遠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 號采集來的樣品。
如今，距離前蘇聯(lián)的月球 24 號完成任務(wù)已經(jīng)過去了 44 年之久，我國的“嫦娥五號”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、向月表下方打一個深達 2 米的鉆，完成取樣壯舉。
0.5 克和 2 千克，不僅僅是數(shù)字，更是中國航天人 42 年的夢想、決心和勇氣。
2020 年，對于中國航天來說是極為重要的一年。
6 月 23 日 9 時 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)星暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星的長征三號乙運載火箭點火升空，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署終于全面完成。
7 月 23 日 12 時 41 分，海南文昌航天發(fā)射場，搭載著“天問一號”探測器的長征五號遙四運載火箭成功發(fā)射，我國首個火星探測任務(wù)順利開啟。
今天，“嫦娥五號”也已踏上為期 23 天、跨越近 80 萬公里的征程，完成“繞-落-回”最終章，實現(xiàn)我國航天事業(yè)新的跨越。
愿此次任務(wù)圓滿成功。
引用來源：
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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