嫦娥五號探測器發射成功 開啓我國首次地外天體採樣返回之旅

嫦娥五號探測器發射成功 開啓我國首次地外天體採樣返回之旅

(原標題:嫦娥五號探測器發射成功 開啓我國首次地外天體採樣返回之旅)

記者從國家航天局獲悉,11月24日4時30分,我國在中國文昌航天發射場,用長征五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器,順利將探測器送入預定軌道,開啓我國首次地外天體採樣返回之旅。

△ 李迪克 攝

長征五號遙五運載火箭發射升空後,先後實施了助推器分離、整流罩分離、一二級分離以及器箭分離等四次分離。

紅屏祝賀!嫦娥五號發射任務圓滿成功 航天人們激動揮舞五星紅旗(來源:original)

嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、着陸器、上升器四部分組成,後續在經歷地月轉移、近月制動、環月飛行後,着陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離,軌道器攜帶返回器留軌運行,着陸器承載上升器擇機實施月球正面預選區域軟着陸,按計劃開展月面自動採樣等後續工作。

嫦娥五號任務計劃實現三大工程目標:一是突破窄窗口多軌道裝訂發射、月面自動採樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、月球樣品儲存等關鍵技術,提升我國航天技術水平;二是實現我國首次地外天體自動採樣返回,推動我國科學技術重大進步;三是完善探月工程體系,爲我國未來開展載人登月與深空探測積累重要的人才、技術和物質基礎。

嫦娥五號任務的科學目標主要是開展着陸點區域形貌探測和地質背景勘察,獲取與月球樣品相關的現場分析數據,建立現場探測數據與實驗室分析數據之間的聯繫;對月球樣品進行系統、長期的實驗室研究,分析月壤的結構、物理特性、物質組成,深化月球成因和演化歷史的研究。

嫦娥五號任務由國家航天局組織實施,具體由工程總體和探測器、運載火箭、發射場、測控與回收、地面應用等五大系統組成。國家航天局探月與航天工程中心爲工程總體單位,中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研製運載火箭系統、中國空間技術研究院抓總研製探測器系統。中國衛星發射測控系統部負責組織實施發射、測控與回收。中國科學院國家天文臺抓總研製地面應用系統,負責科學數據和樣品的接收、處理、存儲管理等工作。

中國探月工程是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》明確的國家科技重大專項標誌性工程,是黨中央着眼我國社會主義現代化建設全局,爲推動航天事業發展、促進科技進步和創新、提高綜合國力作出的重大戰略決策,自2004年1月立項並正式啓動以來,已連續成功實施嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、再入返回飛行試驗和嫦娥四號等五次任務。

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此次發射任務是長征系列運載火箭的第353次發射。

嫦娥五號發射點火瞬間(來源:視頻綜合)

嫦娥五號探測器發射升空現場

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11月24日凌晨4時30分,中國文昌航天發射場,又一次“重量級”發射舉世矚目。長征五號遙五運載火箭點火升空,託舉嫦娥五號探測器至地月轉移軌道,開啓我國首次地外天體採樣返回之旅。

這次發射,是中國探月工程“繞、落、回”三步走發展規劃中的收官之作。繼嫦娥一號任務實現繞月探測、嫦娥三號任務實現落月探測之後,嫦娥五號任務將實現月球表面無人採樣返回,標誌着我國將圓滿完成探月工程“三步走”戰略規劃。

而且,這一任務的重大意義,不僅僅是從月球“挖土”回來那麼簡單。國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設計師、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇表示,嫦娥五號任務既是收官之作,又是我國未來月球探測的奠基之作,將爲我國未來開展載人登月與深空探測積累重要的人才、技術和物質基礎,是我國航天技術的一次重大跨越。

那麼,嫦娥五號探測器長啥樣,這一號稱中國航天史上最爲複雜的任務有什麼特點?經社君總結了幾組數字,讓你能夠快速認識這位嫦娥“五姐”。

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8200公斤、4器

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上圖:嫦娥五號探測器。(圖片來源:中國航天科技集團)

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嫦娥五號探測器由四部分組成,從上到下依次是上升器、着陸器、返回器和軌道器,有點像糖葫蘆串在一起。

上圖:嫦娥五號探測器的四部分。(圖片來源:國家航天局)

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中國航天科技集團五院、嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢介紹,這四個器的功能從名字上大致就能理解:上升器主要攜帶樣品從月球表面起飛;着陸器要在月球表面着陸;返回器的功能是攜帶月球的樣品返回地球;軌道器主要承擔各個不同的軌道上飛行的功能。

與嫦娥家族的幾位姐姐相比,嫦娥五號探測器總重量8200公斤,是我國目前發射的最重的探測器。相比於嫦娥一號到嫦娥四號的月球探測器,嫦娥五號探測器的結構複雜得多。嫦娥一號與嫦娥二號分別是一顆單獨的衛星,嫦娥三號與嫦娥四號也只有一個着陸器與一個巡視器。

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11個階段、23天

最複雜、難度最大的航天任務之一

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嫦娥五號任務是我國航天領域迄今最複雜、難度最大的任務之一。看看它的整個飛行階段,居然劃分爲11個階段 !

上圖:嫦娥五號飛行的11個階段。(圖片來源:國家航天局)

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從任務的操作來看,包括兩次發射——地面發射與月面發射,兩次着陸——月面着陸與地球着陸,兩次封裝——月面封裝與月軌封裝,一次交會對接——月軌對接。

這其中,專家給劃出了重點,月面採樣、月面上升、交會對接、高速再入返回地球是最新、最關鍵的技術環節。

那麼,嫦娥五號大概需要多久才能返回地球?

專家介紹,根據日、地、月的運動關係,以及工程各種約束條件,整個任務過程大約23天。最終,嫦娥五號着陸器將降落在我國北部內蒙古的四子王旗。這20多天,可以用“步步驚心、環環相扣”來形容,每一個環節都不能出差錯,才能讓嫦娥五號順利回家。

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2天、2千克

或將改寫月球歷史

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上圖:嫦娥五號探測器在月面工作示意圖。(圖片來源:國家航天局)

在月球表面“抓把土”是嫦娥五號探測器的主要任務。科學家通過研究這些月壤物質,既可以瞭解月球的地質演化歷史,也可以爲了解太陽活動等提供必要的信息。

嫦娥五號探測器的採樣區域位於月球正面風暴洋西北部。專家將這一區域形容“年輕的”區域,此前從未有其他國家的探測器到訪過。據介紹,此前對美國和前蘇聯獲取月壤樣品的研究表明,月球上的火山活動在35億年前達到頂峯,然後減弱並停止。但觀測月球表面發現某些區域可能含有最近10億至20億年前才形成的火山熔岩,這與嫦娥五號着陸地區的年齡相仿。如果嫦娥五號採回的樣本能夠證實這段時間月球仍在活動,或將改寫月球的歷史。

落月後,探測器將在月面工作2天,通過機械臂表取和鑽具鑽取兩種方式,計劃採集月球樣品約2千克。

事實上,20世紀六七十年代,美國和前蘇聯先後實現有人和無人月球採樣返回。最近一次月球採樣是由蘇聯在1976年完成,時隔上一次人類成功取得月球樣本已經過去了44年。如果“嫦娥五號”任務成功,中國將成爲人類第三個獲取月球樣本的國家。

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5個首次

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嫦娥五號創新多

上圖:嫦娥五號飛行示意圖。(圖片來源:國家航天局)

此次實施的嫦娥五號任務,創造了多個“中國首次”:一是地外天體的採樣與封裝,二是地外天體的起飛,三是月球軌道交會對接,四是攜帶樣品高速地球再入,五是樣品的儲存、分析和研究。

這其中,每一項都是史無前例的。以月面起飛爲例,不同於地球表面的點火發射,有完備的發射塔架系統和精確測算的起飛位置、飛行軌道,月面點火升空沒有一馬平川的起飛地,更沒有成熟完備的發射塔架,都要依靠航天器“自力更生”,實現起飛時自主定位、定姿。

再如月球軌道交會對接,在38萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接,不僅在我國尚屬首次,也是人類航天史上的第一次。專家介紹,交會對接對於控制精度要求很高,兩個航天器的相對位置誤差不能超過5釐米。而此次交會對接的上升器與軌返組合體重量差異很大,上升器重量約爲三四百公斤,軌返組合體則將近2000公斤。這樣一來就不能採用一定速度的碰撞式對接,而要在兩個航天器相對速度爲零的狀態下進行對接,這就對航天器的姿態、控制等提出了更高要求。

還有再入返回地球的過程,也是驚心動魄。

當返回器帶着月壤,從月球風馳電掣般向地球飛來,這時它的飛行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度,而一般從近地軌道返回的航天器速度大多爲每秒8公里的第一宇宙速度。可別小看了這每秒3公里的差距,航天器從數百公里高的近地軌道返回和從38萬公里遠的月球返回必然不同。一旦速度過猛,返回器一頭撞向地球,後果不堪設想,必須讓返回器減速飛行。

這時科研人員採用的就是半彈道跳躍式再入返回技術方案,專家將其比作“太空打水漂”,整個再入返回過程就是讓返回器先是高速進入大氣層,再借助大氣層提供的升力躍出大氣層,然後以第一宇宙速度扎入大氣層,返回地面。整個過程環環相扣,確保嫦娥五號能安全順利地降落在四子王旗着陸場。

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200公里,41萬公里

“胖五”再出徵

上圖:長征五號遙五火箭轉運到發射塔架。(圖片來源:國家航天局)

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這次出征,運送嫦娥五號探測器的是長征五號遙五運載火箭,這也是長征五號的第二次應用性發射任務。

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長征五號,也就是大家暱稱的“胖五”,總長56.97米,起飛質量867噸。目前,在長征火箭家族中,只有長征五號火箭的運載能力可以將8噸的載荷直接送入地月轉移軌道。

據介紹,長征五號遙五火箭將嫦娥五號探測器直接送入近地點高度約200公里,遠地點高度約41萬公里的地月轉移軌道。地月轉移軌道是一個大橢圓軌道,探測器與火箭分離進入這一軌道後,不需要自身加速,只要沿着地月轉移軌道飛行,就可以到達近月點附近。

此刻,嫦娥五號正在奔月之旅中堅定前行。讓我們一起祝福嫦娥五號早日完成任務,順利回家!

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