嫦娥五号到月球挖土究竟有多难
来源： 最后更新：22-08-20 01:03:26
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11月24日凌晨，琼北古邑，椰林深处，中国文昌航天发射场。
身强体壮的“胖五”长征五号运载火箭再一次从这里刺入苍穹，带着“五姑娘”嫦娥五号探测器飞向远在38万公里外的月球。这标志着探月工程“绕”“落”“回”三步走的收官之战正式拉开大幕。
对于月球这个地球唯一一颗天然卫星，中国人探索的脚步从未停歇。此前，我国已经完成了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、再入返回飞行试验和嫦娥四号等5次任务，实现了绕月探测、落月探测和巡视探测。
如今，中国航天的脚步要再往前迈出一步——采样返回，即发射嫦娥五号探测器落月，获取月壤样品并返回地球。这是我国首次无人月球采样返回任务。
国家航天局探月与航天工程中心副主任、探月工程三期副总设计师、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇告诉记者，作为我国探月工程“绕”“落”“回”三步走的收官之战，嫦娥五号任务有望实现我国航天史上的多个“首次”。
嫦娥五号探测器在轨工作效果图，航天科技集团八院供图。
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。
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的另一个“首次”——月面起飞上升。
完成月壤采样封装后，“五姑娘”的上升器，要准备月面点火起飞，这是一个高难度科目。
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。
阮剑华说，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。这就给起飞带来很大的难度。
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。
来自航天科技集团五院的嫦娥五号研制团队，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，为嫦娥“五姑娘”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对接。
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。一般从近地轨道返回的航天器，其速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。
可别小看了这每秒3公里的“速度差”。
五院的科技人员做了一个类比：就好像扔石头，同样一块石头，从一层楼扔下去的速度，和从十几层楼扔下去的速度肯定不一样。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。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。
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!
那么以上的内容就是关于嫦娥五号到月球挖土究竟有多难的一些信息了，希望这些信息能够让网友们获取到一些自己想要了解的。
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