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編輯 | 侃侃君
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中國航天史裡程碑,「嫦娥五號」登月工程,究竟有多難?
2004年我國正式開展月球探測工程,並使用了中國傳統神話中的嫦娥為名,三年後「嫦娥一號」成功發射升空,經歷了二號,三號,四號陸續升空,到現在「嫦娥五號」再次出發。
不同於前面四次的單程飛行,這次除了完成必要的科研任務外「嫦娥五號」還將從月球上拿點東西,挖2千克土回來,這是中國航天迄今為止最複雜、難度最大的任務之一,但也代表了中國最先進的航天技術,距離上一次人類從月球上帶東西回來已經過去了四十多年了。
要知道,在上個世紀美蘇就已經做出了登月取樣並且返回的壯舉了,美國更是成功實現了人類首次載人登月飛行和人對月球的實地考察。那為什麼我國這次對月球下手卻更有挑戰性?
在上個世紀60到70年代探月,可以說進入了白熱化的狀態,美蘇同時發力在短短幾年內發生了多個月球探測器。1969年,阿波羅十一號載人飛船順利升空,這是人類第一次登月任務,太空人阿姆斯特朗成為登月第一人,美國一共開展了六次阿波羅任務共帶回381.7千克月球樣本。相比之下,蘇聯進行的無人月球開採任務只有三次,總共帶回了326顆月球樣本。
1970年,蘇聯的第一個月球探測計劃,「月球計劃」的第31顆無人月球探測器「月球16號」成功發射,它是人類第一個實現在月球上自動取樣並送回地球的探測器。而此時,我國開採的月球樣本是2千克,一旦開採成功,我們會成為繼美國之後開採月球樣本最多的國家,成功躋身世界TOP。
儘管我們的起步很晚,但一步一步穩紮穩打,也走出了我們自己的節奏。在載人航天告一段落後,2007年"嫦娥一號"拉開了中國探月工程的序幕。中國的探月工程分為繞、落、回三個階段:
第一個階段:繞
繞指的就是在月球軌道上觀察一圈,對於月球的表面環境、地貌、地形等方面進行探「嫦娥一號」順利搞定,後來的「嫦娥一號」又帶著高解析度的相機再次繞了一圈拍了很多照片,目的就是給「嫦娥三號」選一個平穩的著陸點。
第二階段:落
2013年到了第二個階段「嫦娥三號」帶著玉兔直接落地,這是中國第一輛月球車成功代表中國人第一次在月球上拍了照片並傳了回來。「嫦娥四號」是三號的備用星本來不準備發射的,可還是攜帶著「玉兔二號」去了。於是中國有了世界上第一個在月球背面軟著陸的太空飛行器。
因為潮汐鎖定的原因,月球從來都是以正面面對地球,所以我們從來沒有觀測到它的背面。月初二號拍到了世界上第一張近距離的月背照片再來個月球,背面信號傳輸就不方便了。
在嫦娥四號發射的六個月前,我們就先發射了一顆名叫「鵲橋」的中繼衛星作為地月通訊和數據中轉站,在「鵲橋」的幫助下用來幫助「玉兔」降落的著陸器給「玉兔」留下了照片上面的五星紅旗清晰可見。
第三階段:回
到了最後一個階段回,也就是「嫦娥五號」圍繞月球採樣返回的主要目標了,蘇聯的「月球16號」也實現了在月球自動取樣並返回地球。
在「月球16號」的質量重約5.8噸,由下降級以上升級組成,整個返回過程是這樣:在完成月球採樣後上升級發動機點火升空與下降即脫離開始返回地球,最後分離出返回艙在進入大氣層,帶著月亮標本返回地面。
而「嫦娥五號」不同,它的質量達到8.2噸在構造方面也比「月球16號」更複雜,由上升器、著陸器、返回器和軌道器組成。在經歷地月轉移近月自動環月飛行和著陸器上升器的組合體將與軌道器返回器的組合體分離,擇機在月球進行軟著陸開展月面自動採樣等工作。
然後上升器攜帶月壤採集標本離開月球與軌道器返回器的組合體會合,將月壤傳遞給返回器後上升器被拋棄,軌道器將攜帶返回器返回地球軌道然後結束使命。返回器將獨自返回地球懷抱,這樣珍貴樣品的返回器將怎麼返回呢?
科研人員為它設計了一個打水漂的返回方式,返回器首先會以第二宇宙速度11.2千米每秒衝向地球,在進入地球大氣後很快又跳出來,然後再次進入大氣層,一進一出之間就順利實現了減速。
像神舟飛船返回艙一樣,以第一宇宙速度降落,打開降落傘,最後平穩安全地落在內蒙古四子王旗著陸場預定地點。從這一過程來看,「嫦娥五號」的所有過程全部都需要自動化完成,其中任何一環出了問題都會對任務造成毀滅性的影響。
正因如此,「嫦娥五號」成為了我國迄今為止最為複雜的航天任務,而在「嫦娥五號」任務順利完成後,下一個十年就是中國的載人登月了,這次任務可以看作是十年後中國載人登月的一次預演。
除了我國美國的NASA也啟動了重返月球計劃,最快在2024年再次進行載人登月,可以預見人類之間的競爭已經從地球到了月球,未來更是回到火星或者更遙遠的外太空上,但可以肯定的是這裡面一定會有中國的名字。