嫦娥五号将实现中国航天史上五个首次

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首次地外天体的采样与封装

作为此次任务的核心关键之一,月球表面自动采样封装是嫦娥五号任务中最引人注目的一个环节。在这个阶段,嫦娥“五姑娘”将在月面选定区域着陆,并使出浑身解数采集月壤,实现我国首次月面自动采样。

为此,来自中国航天科技集团五院的设计师们采用表钻结合,多点采样的方式,精心设计了两种“挖土”模式:钻取和表取。当着陆器、上升器组合体顺利软着陆在月球表面后,“嫦娥”为期2天的月面工作就开始了,她随身携带的钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“神器”将精密配合,采取深钻、浅钻、“铲土”、“挖土”、“夹土”等各种方式,采集约2千克月壤并进行密封封装。然后通过月面起飞、在月球轨道完成交会对接、月地转移和再入回收等过程,最终将月球样品安全送至地球家园。

首次地外天体的起飞

当嫦娥“五姑娘”完成月面工作后,她就要踏上“回娘家”的旅程。俗话说万事开头难,想回娘家可不容易,第一步能否“迈好”至关重要,这就是涉及到突破我国航天史上另一个首次——

月面起飞上升。

顺利完成月壤采样封装后,上升器就要准备月面点火起飞了,这是一个高难度科目。众所周知,运载火箭在地球起飞是有一套完备的发射塔架系统的,点火起飞位置也经过了精确测算,飞行轨道也是一遍遍计算好的。而月面起飞就不一样了,它没有一马平川的起飞地,更没有成熟完备的发射塔架,着陆器就相当于上升器的发射塔架,托举着“五姑娘”回家。而月球表面环境复杂,着陆器不一定是四平八稳的状态,很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。这就给起飞带来了很大的难度。此外,还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。

月面起飞的时候,还无法像运载火箭一样在地面发射前由地面人员完成测调和确认,必须依靠航天器“自力更生”,实现起飞时自主定位、定姿。为了确保上升器能够顺利起飞上升,航天科技集团五院嫦娥研制团队进行了大量的试验验证,并建立了一整套环环相扣的系统保证任务,为嫦娥五号胜利迈出回家一步保驾护航。

首次月球轨道交会对接

当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后,嫦娥“五姑娘”一路飞奔而去。但是仅仅依靠上升器是不可能实现返回地球的,它需要飞到月球轨道上,在这里与轨道器、返回器组合体交会对接,把采集到的月壤转移到返回器。

经过几十年的实践探索,我国在载人航天领域已经熟练掌握了近地轨道交会对接技术,但是在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接不仅在我国尚属首次,而且也是人类航天史上的第一次。

人类此前三次无人月球采样任务,采用的都是月面起飞直接返回地球的方案;而嫦娥五号将实现突破。为此,从上升器进入环月飞行轨道开始,一直到轨返组合体与上升器完成对接与样品转移为止,设计师们为嫦娥五姑娘精心设计了交会、对接、组合体运行、轨返组合体与对接舱分离等一系列关键动作,助推嫦娥五号实现完美工作。

首次携带样品高速再入地球

当返回器带着月壤,从38万公里远的月球风驰电掣般向地球飞来,这时它的飞行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度,而一般从近地轨道返回的航天器速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。可别小看了这每秒3公里的差距,因为,就好像扔石头,同样一块石头,从一层楼扔下来的速度和从十几层楼仍下来速度肯定不一样。

同理,航天器从数百公里高的近地轨道返回和从38万公里远的月球返回必然不同,且差距巨大。一旦速度过猛,返回器一头撞向地球,后果不堪设想,必须让返回器减速飞行。为此,科研人员创新提出了半弹道跳跃式再入返回技术方案,就像在太空打水漂一样,整个再入返回过程就是让返回器先是高速进入大气层,再借助大气层提供的升力跃出大气层,然后以第一宇宙速度扎入大气层,返回地面。整个过程环环相扣,确保嫦娥五号能安全顺利地降落在四子王旗着陆场。

首次样品的存储、分析和研究

此次嫦娥五号任务计划开展月球样品的分析与研究,对月球样品进行系统长期的实验室研究,分析月壤的结构、物理特性、物质组成,深化月球成因和演化历史的研究,极具科学意义。

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