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嫦娥五号到月球挖土究竟有多难,嫦娥五号到月球挖土究竟有多难 ?-

互联网 2021-01-16 23:09:46

王装

2020-11-24

从“月宫”潇洒走一回再捎点“特产”

随着嫦娥五号的成功发射,人们的目光又一次聚焦嫦娥家族:与嫦娥家族中前几位姐姐相比,嫦娥“五姑娘”有什么不同,她在大家族中又扮演着什么角色,发挥着什么作用?

“首先是‘外貌’即外观造型不同。”据中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器副总设计师阮剑华介绍,与嫦娥一号、二号、三号、四号相比,嫦娥五号探测器的技术跨度大、结构也更为复杂,它是由轨道器、着陆器、上升器、返回器等四器组成。

这四器就像“糖葫芦”一样,每一个都是单独的个体,放在一起还能组合,比如着陆器和上升器“抱”在一起,就组合成了“着上组合体”,轨道器和返回器组合,就成了“轨返组合体”。四器“串”在一起,则构成了一个完整的探测器。

相应地,嫦娥“大姐”和“二姐”分别是一颗单独的卫星,“三姐”和“四姐”则是由着陆器和月球车“两器”组成。

从这个角度来说,嫦娥“五姑娘”是嫦娥家族里结构最为复杂的探测器。

嫦娥“五姑娘”承担的使命、任务目标也比较特殊。与前几位姐姐不一样,“五姑娘”要实现我国首次在地外天体无人采样返回,开展月球样品地面分析研究。

阮剑华介绍,探月工程从立项之初,就设计了“绕”“落”“回”三步走战略,这意味着嫦娥家族众姐妹将拥有不同的命运和归宿——

2007年10月24日,我国成功发射嫦娥一号卫星,2009年3月1日,嫦娥“大姑娘”按预定计划受控撞月,为探月工程一期——“绕月探测”任务画上了一个圆满的句号。

2010年10月1日,嫦娥二号卫星发射成功,2012年12月13日,嫦娥二号卫星与图塔蒂斯小行星由远及近“擦肩而过”,首次实现我国对小行星的飞跃探测。

嫦娥“二姑娘”,也因此成了我国第一个行星际探测器。

2013年12月14日,嫦娥三号探测器着陆月面,次日,着陆器和巡视器互拍成像,嫦娥三号任务圆满成功,实现了我国首次地外天体软着陆和巡视探测。

从此,嫦娥“三姑娘”永久留在了月面,常驻“广寒宫”,和玉兔号月球车一起,遥望地球家园。

2019年1月3日,嫦娥四号探测器成功登陆月球背面,成为人类历史上首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器,至今状态良好,未来,嫦娥“四姑娘”还将和玉兔二号月球车一起,继续月球背面的探索之旅。

嫦娥家族此前的几位“姐姐”,还有一个共同点,就是谁也不能再次回到“娘家”,要么留在月球,要么去了更远的深空。相比之下,嫦娥“五姑娘”就幸福多了:她从“月宫”潇洒走一回后,还能捎点“特产”——月壤,再次回到地球母亲的怀抱。

如今嫦娥五号探测器已成功发射,一路高歌奔向月球,接下来采样返回的旅程更加值得期待。

取月壤“钻”“铲”“挖”“夹”十八般武艺齐上阵

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。

裴照宇表示,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,设计了两种“挖土”模式:钻取和表取。

当着陆上升组合体软着陆在月球表面,嫦娥“五姑娘”就开始了为期2天的月面工作。

“五姑娘”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”,将采取深钻、浅钻,以及“铲土”“挖土”“夹土”等方式,采集约2公斤月壤,并进行密封封装。

这之后,“五姑娘”再经月面起飞、月球轨道交会对接、月地转移和再入回收等过程,将月球样品安全送至地球家园。

完成月面工作后,“五姑娘”就要踏上“回娘家”的旅程了。

人们对于火箭的点火起飞较为熟悉,那是有一套完备的发射塔架系统的,点火起飞位置也经过精确测算,飞行轨道同样是一遍遍计算好的。

相应地,月面起飞就有所不同了,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“五姑娘”回家。

此外,“五姑娘”还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞时,“五姑娘”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”,而必须依靠航天器“自力更生”,实现起飞时自主定位、定姿。

阮剑华说,为了确保“五姑娘”上升器能够顺利起飞上升,中国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。

在太空打水漂再入返回地球家园

当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后,嫦娥“五姑娘”将一路飞奔,直到月球轨道。

在这里,上升器还要和轨返组合体交会对接,把采集到的月壤转移到返回器。

裴照宇告诉记者,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,在人类航天史上也是第一次。

据他介绍,人类此前3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;而嫦娥五号则是采用月球轨道交会对接技术,这为研制团队带来了极大的挑战。

必须让返回器减速飞行。

阮剑华说,航天科技集团五院嫦娥五号探测器的设计师们,为此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。”

现在,发射成功,只迈出了嫦娥五号任务的第一步。裴照宇说,接下来嫦娥五号还将经过11个阶段,20余天的在轨飞行过程,最终才能完成“挖土”并返回地球。期待嫦娥五号后续精彩旅程,期待荣耀归来的那一刻!

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