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探月“三步走” 收官“有看头”——中国探月工程嫦娥五号任务正式启航

来源:新华网2020-11-24 14:38

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  新华社海南文昌11月24日电 题:探月“三步走” 收官“有看头”——中国探月工程嫦娥五号任务正式启航

  新华社记者胡喆、陈凯姿

  “嫦”风破浪正当时,“五”动九州揽月回。

  11月24日凌晨,中国文昌航天发射场。长征五号遥五运载火箭拖着长长的尾焰,用巨大的轰鸣打破海岸边夜的宁静,全速托举中国探月工程嫦娥五号探测器划过夜空,迈出中国首次地外天体采样返回的第一步。这是中国探月工程“绕、落、回”三步走中的收官之战,更是中国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。

  按照计划,嫦娥五号将成为中国首颗从月球采样后起飞的探测器,还将带着自动采集的约2千克月壤归来。我们为什么要去月球“挖土”?地月往返的探索之旅,又将经历哪些“步步惊心”的时刻?

  为什么要去月球“挖土”?

  “举杯邀明月,对影成三人。”

  作为地球唯一的“小伙伴”,月球是我们每个人从出生那天起就“最熟悉的陌生人”,是那个我们每当夜幕降临总会出现在天空中的仰望。

  就像一面镜子,月亮映照着苍茫大地,也让我们从中更好地认识自己。月球探测的每一个大胆设想、每一次成功实施,都是人类认识和利用星球能力的充分展示。

  月壤即月球的土壤,对地球人来说蕴藏着巨大的科学价值。为了去月球“挖土”,主要航天国家都“很拼”。

  苏联月球16号探测器从月球取回了一块101克的小样本,月球20号探测器和月球24号探测器则分别采集到了55克与170克样品。

  1969年7月至1972年12月间,美国通过阿波罗11号到阿波罗17号载人飞船实施了7次载人登月任务,除了阿波罗13号因发生故障中途返回,其余6艘飞船皆完成登月,成功将12名航天员送上月球,共带回月壤和月岩样品约382千克。

  嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成,任务的科学目标主要是开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察;对月球样品进行系统、长期的实验室研究。

  嫦娥五号任务,既是收官之作,更是奠基之作。国家航天局探月与航天工程中心副主任、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇表示,嫦娥五号任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走中“回”这一步的主任务,要实现月球表面采样返回。这次任务相比我们已经实施的绕月探测、落月探测来说,是一次新的、更大的技术跨越。

  “我们这次的目标是带回约2千克月壤。经过论证,2千克数量上不算少,工程上可实现。但作为对这次任务的考核,我们的目标是采样返回。采到样品返回地球,就是成功。”裴照宇说。

  “月球是我们地球的唯一天然卫星,更是我们地球的战略制高点。”中国探月工程三期总设计师胡浩认为,“因为月球有它独特的条件,它的位置、环境、资源都非常独特,不光是对航天技术、科学认识的后续发展,包括对经济社会建设的后续发展,都有十分重要的意义。”

  为什么说嫦娥五号的每一步都“步步惊心”?

  作为我国探月工程“绕、落、回”三步走中的收官之战,不同于中国探月工程嫦娥家族的其他探测器一去不复返,嫦娥五号将有望实现中国航天史上的多个“首次”。每个“首次”都意味着全新的挑战,每一步都堪称“步步惊心”。

  一是首次月面自动采样,两种“挖法”齐上阵。

  这个阶段,嫦娥五号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。来自中国航天科技集团五院的设计师们精心设计了两种“挖土”模式:钻取和表取。当顺利软着陆在月球表面,嫦娥五号就开始了为期约2天的月面工作。

  “只有一次机会!”中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器系统副总设计师彭兢介绍:“我们将可能遇到设备故障、突发情况等诸多风险,对月壤状况也不知情。为了避免各种不可抗力带来的意外,在地面上进行了无数次试验,反复调教机械臂。”

  二是首次月面起飞上升,全靠嫦娥五号“自己完成”。

  当完成月面工作后,嫦娥五号就要回家了,但嫦娥五号想带着月壤回来可不容易。众所周知,运载火箭在地面起飞是有一套复杂的系统和庞大的地面队伍作保障和支撑的。而月面起飞就完全不同,没有一马平川的起飞地,更没有成熟完备的发射系统。

  “着陆器就相当于上升器的发射塔架,月球表面环境复杂,着陆器不一定是四平八稳的状态,这就给月面起飞带来更大的挑战。此外,这一切都要靠嫦娥五号自己在38万公里之外的月球上独立完成,难度和风险可想而知。”彭兢说。

  三是首次实现月球轨道交会对接,“千里穿针、一气呵成”。

  当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后,嫦娥五号便开始一路飞奔。但仅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,在这里与轨返组合体交会对接,把采集到的月壤转移到返回器中。

  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,也是人类航天史上的首次,这为嫦娥五号研制团队带来了极大的挑战。

  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,设计师们为嫦娥五号精心设计了交会、对接、样品转移、组合体运行、轨返组合体与对接舱分离等一系列关键动作,助推嫦娥五号实现对接。

  “这种国际上的新兴方案,在地面上已经进行了上千次的模拟,但其难度却是千里穿针,要求一气呵成。”中国航天科技集团八院嫦娥五号轨道器技术总负责人查学雷说。

  四是首次带月壤高速再入返回地球,打一个“太空水漂”。

  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公里的差别,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扔下来的速度肯定不一样。”彭兢说。

  为此,嫦娥五号探测器的设计师们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。

  此外,月壤来到地球以后,也是我国首次大规模进行月壤样品的处理、分析和研究,相关的配套实验设施和设备已经准备就绪。

  是什么,让他们探月追梦不止步?

  梦想,恰如一颗力量惊人的种子,总能在历经风雨后破土而出、长成参天大树。

  从立项到发射,嫦娥五号经历了近10年的艰辛奋斗。三千六百多个日夜,十多万人的努力和付出,终于将要迎来开花结果那一刻。

  ——是他,从少年到白头,拿着0.5克月壤发奋研究,一生为探月、逐梦不停歇。

  1978年5月,美国送给中国一块1克重的月球岩石样品,国家决定一半用于科研、一半向公众展出。拿着0.5克样品,欧阳自远和全国各实验室的同事们用了4个多月发奋研究,很快就发表了14篇论文。那时,欧阳自远的梦想就是能有一块中国自己采回来的月壤。

  45年准备、论证,16年探月追梦。从年轻的科研人员到白发老院士,作为中国月球探测工程首任首席科学家的欧阳自远一干就是大半辈子,他和同事们完成了《中国首次月球探测立项报告》,并推动中国的深空探测越走越远。

  “生命就这么长,要把最宝贵的时光献给祖国最需要的地方!是梦想让我们离目标越来越近。”欧阳自远说。

  ——是他们,从失败到成功,战高温、斗酷暑,用身体为火箭遮风挡雨、用青春为航天矢志奋斗。

  此次运送嫦娥五号的“专车”,是目前我国运载能力最大的长征五号火箭,从设计之初便瞄准探月和深空探测等一系列重大航天任务,但第二次发射的失败,却不得不让中国航天放慢了脚步,但航天人从来没有因此自暴自弃,而是继续迎难而上。

  作为火箭系统的“01指挥”,来自中国航天科技集团一院总体部的黄兵是对火箭最熟悉和了解的人之一。每次发射,这个爱跑步的航天专家就像一名战士,不顾海南的高温和热浪,丝毫不敢落下脚步,紧跟在火箭后面,小心翼翼地守护着。

  回忆起长征五号遥三火箭复飞前的那几天,黄兵说:“那时的自己真正感受到什么叫紧张,在操场上一圈一圈地跑,一直跑了20多公里,直到精疲力竭……”

  “如今,我们已经走出至暗时刻,必将走得更远。”黄兵说。

  ——是他们,花小钱办大事,把每一分钱都花在刀刃上,指标不降、经费不超、工期不拖,精打细算地铺就了中国的探月之路。

  中国探月工程是高效、低投入、高产出的典范,与美国动辄数亿美元的探测器相比,性价比极高。

  “中国的探月工程,正是精打细算铺就了探月之路,送嫦娥上天、采月壤返回,充分体现了集中力量办大事的制度优势。”国家航天局探月与航天工程中心主管王正伟说。

  为达到功能最优,嫦娥五号每一部分的重量都“克克计较”,用了两年时间进行“减重”;为实现好世界首次月轨交会对接,探月人进行了60余个专项试验,以期充分验证、不留疑点;国家航天局还组织全国专家,进行全过程质量管控……

  千万颗心,连着太空;亿万双手,托举航天。未来,中国人探索宇宙的脚步还将走得更远。

  “在探测太空的领域,中国不能缺席。”中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说,从奔月到“闯”月、从跟跑到并跑,中国人在不停求索,部分领域已经开始领先。

  探月工程三期研制过程中,国家航天局对后续的月球探测进行了论证,规划了嫦娥七号和嫦娥八号任务,这两次任务目标是建设月球科研站基本型。中国向国际社会发出倡议,希望与世界各国合作,共建国际月球科研站,这将为月球科学探测和月球相关技术的实验提供共享平台。

  “这次嫦娥五号肩负着月球采样返回的光荣使命,我们的天问一号也正在飞向火星的路上,我们还要飞得更远,去探测木星、小行星并建设我们的国际月球科研站。中国已经昂首进入了深空探测的新时代。”欧阳自远说。

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