來源：第一財經
嫦娥五號一記全壘打： 捎來月亮的「土味」情話
以嫦娥五號任務圓滿成功為起點，我國探月工程四期和行星探測工程將接續實施
金葉子 錢童心
隨著12月17日凌晨嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸，我國探月工程三步走規劃完美收官。
「心至蒼穹外,目盡星河遠。」對於中國航天人來說，為了探索和接觸遙掛天空的月亮，經過16年努力，中國探月工程取得了「六戰六捷」的優異成績。從嫦娥三號、玉兔號到嫦娥四號、玉兔二號，再到嫦娥五號，精彩演繹了探月之旅。
在12月17日下午舉行的國新辦發布會上，國家航天局副局長、探月工程副總指揮吳豔華介紹道，嫦娥五號是我國複雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程，首次實現了我國地外天體採樣返回。此次任務的成功實施，是我國航天事業發展中裡程碑式的新跨越，標誌著我國具備了地月往返的能力，實現了「繞、落、回」三步規划走完美收官，為我國未來月球與行星探測奠定了堅實基礎。
九天雲外攬月回
嫦娥五號探測器重達8.2噸，由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成，任務實施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共同完成，是我國探月工程「繞、落、回」三步走規劃中「回」的主任務。
吳豔華說介紹，嫦娥五號任務創造了五項中國首次：一是在地外天體的採樣與封裝，二是地外天體上的點火起飛、精準入軌，三是月球軌道無人交會對接和樣品轉移，四是攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回，五是建立我國月球樣品的存儲、分析和研究系統。「過去的23個日日夜夜，嫦娥五號完成了一次對接、六次分離，兩種方式採樣、五次樣品轉移，經歷了11個重大階段和關鍵步驟。」
先是11月24日長徵五號準時並成功發射，之後探測器地月轉移、近月制動、兩兩分離、平穩落月、鑽表取樣、月面起飛、交會對接及樣品轉移、環月等待、月地轉移，今天再入返回、安全著陸，整個工程任務現在轉入了科學研究的新階段。
「以嫦娥五號任務圓滿成功為起點，我國探月工程四期和行星探測工程將接續實施。目前，首次火星探測任務『天問一號』正在奔火的徵程；嫦娥六號、七號、八號，小行星探測、火星取樣返回、木星系探測等工程任務也將按計劃陸續實施。」吳豔華表示。
吳豔華透露，對於月球樣品，主要有三類用途：最主要的目的，取樣是為了進行科學研究；第二類，有一部分樣品將入藏國家博物館，向公眾展示，進行科普教育；第三類，一般依據國際合作的公約和多邊雙邊的合作協議，將發布月球樣品和數據管理辦法，與有關國家和世界的科學家共享，也有一部分按照國際慣例，可能作為國禮相送。
中國科學院國家天文臺研究員、探月工程三期副總設計師李春來補充，對於採回的月球樣品，我們會妥善存儲。我們會在實驗室進行長期的、系統的對月球樣品的研究工作，包括它的結構構造、物理特性、化學成分、同位素組成、礦物特點和地質演化方面，希望能夠深化我們對月球的起源、演化方面的認識。
突破難點、自主創新
相比較於以往的任務，嫦娥五號任務有哪些難點和創新點？國家航天局探月工程三期總設計師胡浩介紹稱，作為探月工程三期的嫦娥五號任務，應該說和前期任務比，技術跨度是比較大的。
探月工程實施到今天，前面已經成功實施了嫦娥一號、二號、三號、四號和我們的返回試驗，五次任務都取得了圓滿成功，每次任務都比前一次有較大的進步。
胡浩說，對於嫦娥五號任務來講，這次與嫦娥三號、四號比，應該說跨度更大。「我們前面是在月球上進行巡視勘察，這次主要是採樣返回。為了能夠可靠地實施嫦娥五號任務，就要突破在月球上採樣返回碰到的新技術，怎麼能夠實現在月球上可靠地採樣，並且把月球的樣品可靠地封裝到真空容器當中，並且在月球上進行轉移，轉移到我們自身的返回系統當中去，這整個的過程和前面相比都是新的，都是有創新性的。」
「在月球軌道上，我們留了軌道器。為了能夠多採一些樣品，我們在月球軌道上還要搞一次交會對接，月球軌道的交會對接和地球軌道也有很大的不同，一是目標比較小，月球又比較遠，要求的自主能力就比較強，同時測控手段有限、支撐的條件也有限，所以交會對接也是我們要克服的難點，也是創新點。」
而從月球軌道回來、再入大氣是接近第二宇宙速度，這和以前的不管是載人航天還是再入（地球軌道）任務來比，速度快了很多，對熱的、控制能力的、精度的影響都很大，這也是個重要的突破。「實際上，對我們整個工程來講，恐怕還不止這五個方面，因為作為國家的重大科技專項，我們在立項之初，自主創新是我們的目標，也是我們的主旨。」
探月工程背後的上海力量
嫦娥五號探測器由4個部分組成，其中，由中國航天科技集團八院（下稱「八院」）研製的軌道器，作為貫穿任務全過程的核心產品，是名副其實的「太空郵差」。
嫦娥五號著陸器與上升器組合體成功採樣之後，攜帶月壤的上升器是無法利用自身的動力返回地球的。必須通過「太空物流」的形式將貨物安全帶回。
按照計劃，在月球軌道，由上升器和軌道器完成首次月球軌道交會對接，並將月球土壤樣品「包裹」轉移至返回器內。軌道器就像在月球軌道環繞的「郵差」，完成「打包」和「裝箱」後，迅速進入月地轉移軌道執行隔空投送，將月壤樣品捎回藍色星球。
根據任務要求，嫦娥五號軌道器需在自身乾重1噸多情況下，頭頂3.7噸的著陸上升組合體、肚裝3噸推進劑和300多公斤的返回器，並在飛行過程中依次分離著陸上升組合體、對接與樣品轉移機構和返回器，是我國首個具有大承載、分離面多特點月球探測飛行器。
捕獲、收攏、轉移，看似簡單的過程，但在38萬公裡之外的飛行器上實現卻遠遠沒有那麼簡單。
自嫦娥五號軌道器立項起，八院探月工程負責人、嫦娥五號探測器副總指揮張玉花就帶領團隊「白手起家」，展開了攻堅研製之旅。
「作為世界首次月球軌道無人交會對接，可以說對此次任務成敗起決定性作用。」張玉花說，單從交會對接與樣品轉移任務來看，可靠性是要求最高的，因為整個過程只能一次成功，沒有第二次機會。
另外，探月工程三期任務最引人矚目的當屬首次在38萬公裡之外的月球軌道上進行交會對接，將裝有月壤的樣品容器從上升器轉移至返回器中。
為了確保「抓得住，抱得緊，轉得穩」的既定目標，軌道器副總師胡震宇與對接與樣品轉移分系統時任主任設計師鄭雲青和年輕的團隊成員調研國內外對接機構設計，開展了4種對接方案設計和9種轉移方案設計，上升器「推」、軌道器「移」、返回器「拉」各3種，通過多輪方案比較及關鍵技術攻關，最終確定了現在的抱爪式對接方案和連杆棘爪轉移方案。
另外，地月「快遞」熱控也有不小難度。本次探測中，嫦娥五號軌道器熱控系統研製任務由八院509所熱控團隊承擔。
熱控團隊副主任設計師張彧介紹：「在整個飛行階段，軌道器需歷經19個飛行階段、8種飛行姿態及5種不同的構型，飛行過程中要經歷極為惡劣的熱環境，長期經受太陽、月球和空間低溫的交替，引起軌道器外表面高低溫的劇烈變化，其溫度範圍可從攝氏零下二百多度變至上千度以上。」
通過大量的仿真、試驗，熱控團隊探索出一套錯峰補償的控溫策略。也就是，通過對在軌衛星海量運行數據的挖掘，建立準確的溫度場在軌預測模型，然後「對症下藥」，針對每臺設備提出熱控系統自主管理模式，實現熱控系統在近月制動、交會對接等關鍵階段的用電高峰期時加熱功耗為0的目標。