嫦娥五号 月面打孔,跳跃返回!嫦娥5号挑战5个首次,勘探月球“处女地”

11月24日凌晨,中国航天人使用长征五号运载火箭在海南省文昌发射基地将嫦娥五号月球探测器送入太空,标志着中国探月工程“绕、落、回”三步走的最后一步即将圆满完成。值得一提的是,此次嫦娥五号登月探测活动是自上世纪七十年代美苏两国轰轰烈烈的探月争霸大赛落幕之后,人类首次远赴月球取土并将样本带回地球。此举也标志着中国称为继美苏两国之后第三个有能力赴月球取土的国家,意义重大。
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此次发射任务是本年度中国航天发射任务中最具含金量的一项,将实现包括我国首次月球无人采样返回在内的一系列高难度任务。嫦娥五号月球探测器性能非常先进,由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成,可以说是到目前为止中国自行研制的最复杂航天器系统。此次登月挖土并不简单,要经过多个步骤。
首先是地面发射阶段。作为中国历史上最重的月球探测器,嫦娥五号的总重量达到惊人的8.2吨,从上到下依次是上升器,着陆器、返回器和轨道器,这四部分在发射时组成一个探测器整体,高度大约7 .2米左右。如此“大块头”需要直接被送入近地点200公里、远地点41万公里的地月转移轨道,以往长征2号火箭是力不从心的,必须仰仗最新最大的长征五号运载火箭才能将其送上太空。
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其次是地月转移阶段。顾名思义就是将嫦娥五号由地球运行轨道转换为月球运行轨道,简称地月转移。在经过长时间飞行到达月球轨道之后,嫦娥五号探测器中的着陆系统将会与母体分离,择机降落在月球风暴洋地区。
再次是取土采样阶段。如果任务顺利,着陆器成功降落月球预定地域风暴洋西北部,将会开展取土工作。由于此次探月属于无人取样,与美国阿波罗飞船的有人采样有着根本不同,我们必须依赖先进的科学仪器即特种机械臂进行取土。
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最后是升空返回阶段。按照预定计划,着陆器将会在两天之内完成所有取样工作并开展相应月球表面探测任务。之后,在经过严格封装保存的程序,着陆器会从月球表面点火升空,与先前停留在月球轨道的探测器母体重新对接会合,并将装载月球表土的专门容器转移到母体之内。在经过加速后返回至距离地球5000公里高度时,母体会再次分离,将返回器以以半弹道、跳跃式返回地球,距离地面一万米高度时,返回器开伞着陆于内蒙古四子王旗预定着陆区域。地面搜索回收力量在两天内完成地面回收。整个过程历时23天左右。
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客观来说,此次嫦娥五号登月探测计划虽然没有像美国阿波罗载人登月计划那样轰动,但在中国登月史甚至在人类登月史上仍可大书特书。嫦娥五号探测器任务技术难点主要表现在多个关键环节。
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一是取土采样地点打破记录。此次采样地点位于月球正面风暴洋西北部。这片广阔区域对于人类而言是陌生的也是神秘的,更是充满诱惑的。因为这块地区的地质地貌形成年代很新,对人类进一步了解月球的形成过程会有很大帮助。而且风暴洋区域之前尚未有人类探测器来过,属于探月工程的“处女地”,此次嫦娥五号的到来正好填补了这一空白。
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二是取土采样技术先进。由于此次探月活动属于无人性质,显然无法像美国阿波罗计划那样派遣航天员手持工具自由开采,但并不意味着嫦娥五号的取土方式落后。考虑到月球表面地质复杂,此次执行采样任务的机械臂采用表钻结合,多点采样的方式,采样装置为全新研制,技术新、难度大。但设计钻取和表取两种方式,可以互为备份,也能够获得更多种类、更多数量的样品。
嫦娥五号|月面打孔,跳跃返回!嫦娥5号挑战5个首次,勘探月球“处女地”】三是轨道变换多样,测控要求高。嫦娥五号登月涉及月球轨道交会对接、月地转移等新的飞行阶段,飞行过程复杂,轨道设计难度大,对匹配精度要求高,受到测控、运载和着陆场的限制较大。为此,中国航天人不仅派出多艘远望系列航天测控船奔赴远洋进行测控,还与欧洲航天局合作,借助他国力量助推中国登月。四是月地入射。由于月球和地球都在各自轨道高速运行中,地月关系时刻变化,入射窗口和位置有着极其严格的要求,即所谓零窗口。因此,中国航天人必须严格控制精度,力争完成高精度月地入射后,使用第二宇宙速度返回地球大气层,从而实现降落,完成使命。

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