嫦娥五號實現中國首次地外天體起飛

2020-12-04 01:04?來源 綜合騰訊太空

嫦娥五號實現中國首次地外天體起飛：央視新聞報道，2020年12月3日23點10分左右，嫦娥五號“上升器”搭載著從月球采集的樣品從月面順利起飛，這是我國探測器首次在地外天體起飛。接下來，嫦娥五號上升器進入環繞月球軌道，將擇機與正在環繞月球運行的軌返組合體對接。

一、月面起飛的難度主要在哪里？

1、我國探測器首次地外天體起飛

我們知道，此前嫦娥三號和嫦娥四號探測器都成功著陸月球，因此本次嫦娥五號落月階段，我們還是比較有經驗和信心的，但控制探測器從月面起飛還是第一次，之前沒有做過。

為了便于理解嫦娥五號上升器如何在月面起飛，我們了解一下嫦娥探測器的基本結構：嫦娥五號探測器由四大部分組成：著陸器、上升器、軌道器和返回器。其中，著陸器和上升器作為一個整體（著升組合體）一起落到月面。軌道器和返回器作為另一個整體（軌返組合體）繼續圍繞月球運動，等待上升器的凱旋歸來。

當著陸器采集到的樣品轉移到上升器后，上升器就可以隨時等待指令起飛了。我們知道，在地球上發射火箭的時候，都有一個發射塔架，上升器的起飛就相當于在月球發射一枚小火箭，沒有發射塔架怎么辦呢？其實，充當發射塔架的就是上升器下面的著陸器。著陸器不但負責挖土的工作，而且還要充當臨時發射架。

上升器體積不大，其火箭發動機攜帶的燃料有限，幸虧月球表面引力只有地球表面的六分之一，才得以重新返回月球軌道。

2、錯過月面起飛窗口要等一個月

地面控制人員會根據著陸器和上升器的位置和姿態，以及軌道器的實際飛行軌道，計算出最佳的月面起飛時間和方向，使用最節約燃料的飛行路線去對接軌道器。

一旦錯過起飛的最佳時機，就要在月面等待一個月球日，相當于約28個地球日。由于月球沒有空氣保護，晝夜溫差很大，白天可高達127攝氏度，夜晚可低至零下183攝氏度，這么大的溫差很可能會對嫦娥五號上的電子設備造成損害，影響正常起飛。所以，月面不宜久留，必須把握第一個窗口抓緊起飛。

二、嫦娥五號在月球的48

小時都干了啥？

嫦娥五號探測器總共在月面只待48小時，這就要求它要在48小時內開展月面鉆探取樣、月面抓取取樣、樣品打包以及準備月面起飛等工作，真可謂是時間緊、任務重！

我們知道，美國通過阿波羅計劃的六次載人登月，通過人工帶回來381千克的月球巖石和土壤樣品。前蘇聯則通過3次無人探測器取回總共330克的樣品。而我們這次要取回至少2千克的月壤樣本，難度還是非常大的。

科學家對于取樣的難度早有心理準備，他們在地面上進行了各種模擬取樣實驗，最終決定用鉆探取樣和表面抓取取樣兩種形式，分別簡稱為：“鉆取”和“表取”。

我們來回顧一下這幾天嫦娥五號探測器在月面上的時間線：

12月1日晚23點許，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面預選著陸區，成為我國第三個成功實施月面軟著陸的探測器。成功著陸后，著陸器在地面控制下，正式開始了持續約2天的月面工作。著陸約一刻鐘后，探測器展開太陽能帆板，有效載荷開機。

12月2日凌晨1點多，著陸器就開始進行鉆取月壤樣本的工作了，約2個小時就完成既定取樣任務，鉆取月壤0.5千克并進行了封裝。當日凌晨5點多又開始表取1.5千克的月壤工作。

12月2日22點，經過約19小時月面工作，探測器順利完成月球表面自動采樣，并按預定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中，剩下的時間就是等待起飛了。

三、嫦娥五號用的什么利器取樣的？

自動采樣裝置是嫦娥五號采樣任務成敗的關鍵裝置，它要能夠承受月球白天120多攝氏度的高溫炙烤，還要克服測控、電源供電能力的約束。

采樣裝置有兩種：一種是鉆取采樣的“電鉆”，這是一種空心鉆，能夠把鉆取的樣本自動收集起來，里面的結構還是很復雜的。據介紹，這個電鉆可不簡單，能夠鉆入月球表面之下2米的深度，能夠把月表之下深層樣本取出來，更具科研價值。

據悉，這個空心鉆的電功率達1000瓦，還是非常大的。為了便于直觀理解，舉一個例子，我們平時裝修房屋的時候，要用到手持電鉆，一般來講這種電鉆的功率才約400瓦的樣子，就已經感覺很強悍了；另一種是表面取樣的裝置，外形看起來像鏟子、勺子、筷子模樣的一體機“神器”機械臂，同時具備挖土、鏟土、夾土三種功能，能將月球表面的浮土采集起來。

取樣后，打包“神器”月球土壤封裝裝置具有自動關閉的蓋子和用于打包密封的封條，可以把機械臂表采和鉆采機構獲得的月壤同時打包。在打包的同時，封條對土壤進行密封，從而保證在返回地球途中不接觸大氣，保證帶回來的土壤純天然無污染。

四、嫦五上升器起飛后直接回地球嗎？

嫦娥五號上升器起飛后，并不是直接飛回地球，而是要與軌返組合體對接，把樣品轉移給軌返組合體，后續讓返回器攜帶樣品返地球。

按照軌道設計，嫦娥五號上升器月面起飛約一刻鐘后進入近地點15千米，遠地點180公里的橢圓軌道，并展開太陽能帆板進行充電。接下來一到兩天的時間里，上升器還會進行軌道調整，擇機與軌返組合體對接。

文章開頭提到，嫦娥五號任務創造了首次地外天體起飛的紀錄，接下來，還將創造首次月球軌道無人交匯對接的紀錄！

五、為什么月面起飛后不直接回地球？

這個問題比較有意思，我們單獨放在這里講一下。上升器起飛直接返回地球也是可以的，而且這樣無需月軌交匯對接，反而降低了工程的復雜度，前蘇聯的三次月球無人采樣，就是用的這種直接返回地球的方式。

直接返回方式的缺點也非常明顯，前蘇聯三次總共取回月壤樣品330克，我們這次一次就能取回2千克。這是為什么呢？這是因為直接返回方式相當于把上升器、軌道器和返回器打包在了一起，無疑增加了月面降落和起飛的重量，擠占了有效載荷（樣品）的運力。前蘇聯之所以沒有采用咱們這種返回方式，據說是因為當時他們月軌無人交匯對接的技術還不成熟。

接下來幾天，就讓我們靜靜等待嫦娥五號上升器與軌返組合體對接成功并轉移月壤樣品的好消息吧。當然，最值得期待的還是返回器重返地球，攜帶月壤樣品緩緩降落內蒙古大草原的激動時刻。

編輯： 文/喬輝