11月24日4时30分,我国在中国文昌航天发射场使用长征五号遥五运载火箭,将嫦娥五号探测器顺利送入地月转移轨道,发射取得圆满成功。此次嫦娥五号出征探月是我国探月工程“绕、落、回”三步走战略中“回”的关键之战,将开启我国首次地外天体采样返回之旅。
此次发射的时间在凌晨,为什么嫦娥五号要选择凌晨升空?中国航天科技集团一院总体部设计师钱航表示,主要是便于奔月轨道设计、减少太阳活动影响、利于信号传播及观测等。
月球探测与火星探测一样,都属于深空探测。钱航说,在火箭发射轨道设计上,要考虑到地月相对位置关系。此次发射嫦娥五号探测器,要在满足地球与月球位置关系的限制、火箭射向和滑行时间的约束、探测器地月转移时间、返回器再入航程等条件下,选择最合适的发射时间,也就是确定火箭的发射窗口,而凌晨发射最有利于奔月轨道的设计。
“太阳活动特别是太阳风会干扰电子信号传播,影响地面科研人员操控。”钱航介绍,长征五号选择在凌晨飞向宇宙,此时地球正好把太阳光直接遮蔽住,避免过多太阳辐射的影响。
钱航还表示,天气条件对于航天发射至关重要。在凌晨,天气状况比较稳定,云层更少,有利于火箭发射及信号的传播。同时,可更好地利用望远镜等天文设备,对观察到的发射情况做出总结。此外,由于凌晨整体环境亮度较低,火箭喷射火焰飞向太空时非常显眼和突出,有利于地面光学和测量设备跟踪到目标,收集相关信息。
“五姑娘”与姐姐们外貌不同命运不同
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?
“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。
嫦娥家族此前的几位“姐姐”,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。
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11月24日,长征五号遥五运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,成功将“嫦娥五号”月球探测器送入地月转移轨道。
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嫦娥五号探月有望创五个“首次”
1.首次地外天体的采样与封装
月球表面自动采样封装是嫦娥五号任务中最引人注目的环节。在这个阶段,“嫦娥”将在月面选定区域着陆并采集月壤。为此,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。当着陆器、上升器组合体顺利软着陆在月球表面后,“嫦娥”为期两天的月面工作就开始了。她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”将精密配合,采取深钻、浅钻、“铲土”“挖土”“夹土”等各种方式,采集约2000克月壤并进行密封封装。然后通过月面起飞、在月球轨道完成交会对接、月地转移和再入回收等过程,最终将月球样品安全送至地球家园。
2.首次地外天体起飞
“嫦娥”完成月面工作后,就要踏上“回娘家”的旅程。月面起飞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,托举着“嫦娥”回家。月球表面环境复杂,给起飞带来很大的难度。此外,还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。为此,研制团队进行了大量试验验证,并建立了一整套环环相扣的系统,为嫦娥五号胜利迈出回家一步保驾护航。
3.首次月球轨道交会对接
当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后,“嫦娥”一路飞奔而去。仅依靠上升器不可能实现返回地球,它需要飞到月球轨道上,在这里与轨道器、返回器组合体交会对接,把采集到的月壤转移到返回器。为此,从上升器进入环月飞行轨道开始,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”设计了交会、对接、组合体运行、轨返组合体与对接舱分离等关键动作。
4.首次携带样品高速再入地球
当返回器带着月壤,从38万公里远的月球向地球飞来,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。别小看这每秒3公里的差距,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。为此,科研人员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。
5.首次开展样品的存储、分析和研究
此次嫦娥五号任务计划开展月球样品的分析与研究,对月球样品进行系统长期的实验室研究,分析月壤的结构、物理特性、物质组成,深化月球成因和演化历史的研究,极具科学意义。
据新华社、《北京日报》
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为什么要去月球“挖土”
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。
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。
“我们这次的目标是带回约2000克月壤。经过论证,2000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。”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。”
据新华社
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今年最具“分量”的发射
据介绍,长征五号运载火箭由中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院研制,是目前我国运载能力最大的火箭。此次“长五”发射“嫦五”,也是今年最具“分量”的发射。嫦娥五号月球探测器重达8.2吨,是我国目前发射重量最重的探测器。
探月路上,嫦娥五号探测器需要进入近地点200公里、远地点约41万公里的地月转移轨道。