嫦娥五号出发了！中国探月工程时隔44年将再创人类月球取样壮举

北京时间2020年11月24日凌晨4时30分，海南文昌发射场，搭载着嫦娥五号探测器的长征五号遥五运载火箭成功点火发射。在众人的注视和欢呼声中，胖五腾空而起，开始了它运送探测器至地月转移轨道的任务，文昌的上空瞬间无比耀眼。由于长征五号运载火箭发动机出现故障，原计划于2017年出发的嫦娥五号迟到了三年。终于，中国首次地外天体采样返回之旅开启，而这也是我国迄今为止最为复杂的航天任务。九天揽月星河阔，十六春秋绕落回早在1994年，我国航天科技工作者就开始了探月活动的必要性和可行性研究，随后的1996年和1998年，我国先后完成了探月卫星的技术方案研究、卫星关键技术研究。在长达10年的研究过后，2004年我国探月工程立项实施，最终确定中国整个探月工程分3个阶段进行，即我国探月工程三步走战略。此次，嫦娥五号探测器将为我们带回月球的第一抔土，实际上正是我国探月工程三步走战略的最后一步。具体来讲，三步走战略即绕-落-回：绕：发射月球探测卫星绕月飞行，通过遥感探测，获取月表三维影像，探测有用元素含量和物质类型、月壤特性和地月空间环境等。落：发射月球软着陆器，携带月球巡视勘察器，进行月球软着陆和自动巡视勘测，探测地形地貌、地质构造、岩石成分、月表环境，进行月岩现场探测和采样分析以及日-地-月空间环境监测与月基天文观测。回：发射月球软着陆器，进行月球样品自动取样并返回地球，在地球上对取样进行分析研究。实际上，上述三步正是自地球至地外天体飞行技术、地外天体着陆技术、自地外天体返地技术的三次突破。从2004年工程立项，到2007年10月24日第一颗月球探测卫星嫦娥一号发射，再到今日凌晨嫦娥五号探测器顺利出发，九天揽月的理想已走过16个年头。据国家航天局介绍，此次嫦娥五号任务计划实现以下目标：提升我国航天技术水平：主要在于突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月球样品储存等关键技术；实现我国首次地外天体自动采样返回，推动我国科学技术重大进步；完善探月工程体系，为我国开展载人登月与深空探测积累重要的人才、技术和物质基础。与此同时，嫦娥五号也将实现我国开展航天活动以来的四个首次：首次在月球表面自动采样；首次从月面起飞；首次在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接；首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。要实现上述成就，并非一件易事。主要的几大难点如下：第一个难点在于发射嫦娥五号落月后要经历月面发射任务，而落月范围容易存在误差，会影响到发射点经纬度、坡度、高程的变化，所以嫦娥五号必须知道自己身处的精确位置和状态。第二个难点在于着陆嫦娥五号不仅要月面着陆，更要地面着陆。由于月地间的距离遥远，在返回地球时，火箭的温度会随着速度不断上升，在进入地球大气层时可能会因为温度问题再入失败。第三个难点在于封装为防止月壤样品分别在离开月球、再入的过程中不受影响，嫦娥五号将进行月面封装、月轨封装两步。要全程自动完成这项细致的工作，难度可想而知。第四个难点在于月球轨道对接此前我国的空间自主交会对接工作都是在地球轨道上进行的，相比地球轨道，月球轨道附近的地面站、人造卫星提供的服务资源少了很多。整个任务将持续约23个地球日，最终嫦娥五号也将在月球收集2公斤样本，任务整体难度相当之大。雷锋网了解到，嫦娥五号作为中国首个实施无人月面取样返回的航天器，全重8.2吨，由轨道器提供动力的地月穿梭巴士、返回器带着样本回到地球、着陆器用于登月过程时的下降、上升器带着样本从月球起飞四部分组成。四部分的具体安排是：地月转移、近月制动、环月飞行后，着陆器和上升器与轨道器和返回器分离，轨道器、返回器留轨运行，着陆器承载上升器实施月球正面预选区域软着陆，按计划开展月面自动采样等后续工作。值得一提的是，嫦娥五号的结构相比前浪们要复杂得多嫦娥一号与嫦娥二号仅有一个轨道器，嫦娥三号与嫦娥四号则是着陆器巡视器的设计。2019年，嫦娥四号首次在月球背面着陆，而此次嫦娥五号要在较短的时间内在月球正面收集物质。对此，德国明斯特大学的行星地质学家CaolyadeBoge表示：这是一项重要的技术能力。作为无人探月史上最重的探测器，嫦娥五号所搭乘的载具正是长征五号运载火箭我国迄今为止技术跨度最大、运载能力最强、推力最大的一型大型运载火箭。于2006年立项研制的长征五号系列运载火箭为新一代运载火箭中芯级直径为5米的火箭系列，相比于长征家族的其它成员，长征五号系列个头大、腰围粗，因此也被亲切地称为胖五。运载能力是衡量火箭实力的一项重要指标，而胖五可以说是实力非凡长征五号是我国运载能力最强的火箭，可实现近地轨道25吨级、地球同步转移轨道14吨级的运力，地火转移轨道的运载能力6吨，地月转移轨道的运载能力8.2吨。在世界现役火箭中，长征五号与SpaceX公司建造的猎鹰重型火箭近地轨道运载能力63.8吨、地球同步轨道运载能力为26.7吨和美国德尔塔重型火箭可将最多28.79吨的有效载荷送入低地轨道、将11吨有效载荷送入通信卫星所在的地球同步轨道共同处于世界领先水平。时隔44年登月采样直到今天，成功从月球上挖土回来的国家只有前苏联和美国，而上一次任务迄今已经过去了44年。1969年7月，阿波罗11号成功采集月球样本21.55千克。那一次任务也是人类首次成功登月。1969年，阿波罗12号出征，开启了人类第二次载人登月任务，采集月球样本34.35千克。1970年9月12日，当时已在月球竞赛中落后的前苏联发射了月球16号探测器，它是人类历史上第一个实现在月球上自动取样并送回地球的探测器，采集了月球样本101克。1971年，阿波罗14号出发，在人类第三次载人登月任务中，美国宇航员采集了月球样本42.27千克。同年，阿波罗15号也奔赴月球，这是人类第四次载人登月，也是宇航员首次驾驶月球车，当时采集到的样本为77.31千克。1972年2月，前苏联的月球20号再次出发，由于遇上了玄武岩，仅采集到了月球样本55克。同年，美国的阿波罗16号和阿波罗17号也先后登月，采集的样本分别为95.7千克、110.5千克。4年后的1976年8月9日，前苏联的月球24号发射，这是前苏联发射的最后一艘月面采样返回无人探测器，采集到的样本有170.1克。至此，美国已从月球取回381千克样品，前苏联则取回样品共330克。1978年那年，美国总统在中美恢复建交后向我国赠送了1克珍贵的月壤，其中0.5克用于我国月球探测工程首席科学家、嫦娥之父欧阳自远院士及其团队进行研究，剩余0.5克则存放于北京天文馆。值得一提的是，仅凭着0.5克样本，欧阳自远院士研究透了其成分、构造等特性，甚至还推断出这份礼物是由阿波罗17号采集来的样品。如今，距离前苏联的月球24号完成任务已经过去了44年之久，我国的嫦娥五号也即将在月球正面的风暴洋北部直径约70千米的吕姆克MoRümke火山丘中降落、向月表下方打一个深达2米的钻，完成取样壮举。0.5克和2千克，不仅仅是数字，更是中国航天人42年的梦想、决心和勇气。2020年，对于
中国航天来说是极为重要的一年。6月23日9时43分许，西昌卫星发射中心，搭载着北斗系统第55颗导航卫星暨北斗三号最后一颗全球组网卫星的长征三号乙运载火箭点火升空，北斗三号全球卫星导航系统星座部署终于全面完成。7月23日12时41分，海南文昌航天发射场，搭载着天问一号探测器的长征五号遥四运载火箭成功发射，我国首个火星探测任务顺利开启。今天，嫦娥五号也已踏上为期23天、跨越近80万公里的征程，完成绕-落-回最终章，实现我国航天事业新的跨越。愿此次任务圆满成功。