12月17日凌晨1點59分,嫦娥五號返回艙攜帶2千克月巖/月壤樣本順利在內蒙古四子王旗預定降落場著陸並完成回收,為嫦娥五號本次探月計劃畫上了圓滿的句號。
而就在不久前的12月6日,日本的隼鳥2號返回艙也攜帶大約1克的小行星龍宮樣本返回地球,在澳大利亞由澳大利亞協助回收。
這兩個巧合的太空活動,都是外出地球,取得樣本返回。很多人覺得日本隼鳥2號目標小行星龍宮離地球3億公裡,而嫦娥五號去的月球離地球才38萬公裡,應該是日本的技術更先進,這個理解就片面了。
嫦娥五號任務實現了我國首次月面採樣與封裝、月面起飛、月球軌道無人交會對接、攜帶樣品半彈道跳躍式再入(俗稱打水漂)返回等多項重大突破,其成功實施標誌著我國探月工程「繞、落、回」三步走規劃如期完成。
顯然,從整體上看我國嫦娥五號任務複雜度、難度要比日本隼鳥2號任務大很多,嫦娥五號任務涉及的技術整體上要比日本隼鳥2號更複雜、更先進。當然日本隼鳥2號任務也有其獨特優勢,下面咱們就來看看詳細對比情況。
嫦娥五號的領先技術
1、二個任務最大難度差別在於,月球重力是地球的六分之一,而日本隼鳥2號取樣的小衛星龍宮直徑大約900米,就是一大塊巖石,其萬有引力影響幾乎可忽略不計。所以嫦娥五號的軟著陸、月面上升難度都要大得多。而日本隼鳥2號在龍宮取樣時則幾乎沒有需要克服引力的難度。
2、嫦娥五號在月球軟著陸、月球上升、繞月軌道的自動對接都是高難度,日本隼鳥2號任務不存在這幾個難度。
3、嫦娥五號月球取樣,是以2米深度鑽孔取樣、挖掘機表取二種方式分別單獨取樣共計2千克。
日本的隼鳥2號也是二種取樣方式,主要是在龍宮小行星上引爆一顆小炸彈,然後收集爆炸時彈出的行星碎片及塵埃或可能的氣體。
二者難度差別很大。嫦娥五號本次完成取樣2千克,隼鳥2號取樣最多約1克。明顯是嫦娥五號難度大很多。
4、返回地球方式。嫦娥五號返回器比隼鳥2號大得多,採用俗稱「打水漂」的半彈道跳躍方式再入返回,難度很大。嫦娥五號採用的辦法是「兩次進入」,先以一個設計好的角度斜著插入大氣層,由於下方的大氣越來越稠密,它會像水面一樣在飛船底部形成升力和阻力,升力讓飛船彈出大氣層飛行一段再重新落回大氣層。經過一次彈跳,飛船的速度大幅下降,再進入大氣層時速度、過載、溫度等都可實現大幅度降低。
隼鳥2號探測器在地球上空幾百公裡掠過,在釋放樣品返回艙後繼續執行深空延長任務,可能在2026年、2031年訪問另外兩顆小行星。隼鳥2號的返回艙就是個小不點,直徑不到40釐米。再入地球大氣層的過程中採用「硬著陸」方式,在大約3000攝氏度的高溫中,1分鐘內從接近11.6公裡每秒的第二宇宙速度降到3公裡每秒。
5、發射。嫦娥五號是個複雜的組合體,嫦娥五號探測器由四部分組成,從上到下依次是上升器、著陸器、返回器和軌道器,有點像糖葫蘆串在一起,總重量達8噸多。而隼鳥2號重量僅600多公斤,要小的多。發射難度嫦娥五號要大很多,所以中國才要使用新研發的長徵五號(胖五)發射。
6、嫦娥五號在月面還有很多探測活動,特別是展示了紅旗,這也是有科技含量的。隼鳥2號則根本沒有更多複雜的操作任務,任務就是拍照和取樣。
7、整體任務複雜度。嫦娥五號任務共計11個階段、23天,是我國航天領域迄今最複雜、難度最大的任務之一。
隼鳥2號任務涉及的深空測控技術很強大
日本隼鳥2號任務屬於深空探測,需要對探測器進行精準的定位與跟蹤。日本隼鳥2號因為距離遠、任務周期很長(6年左右),所以其深空測控難度應該更大。從飛行距離來看,隼鳥2號的目的地是一顆距離地球約三億公裡的小行星龍宮,而嫦娥五號的目標月球距地球大概38萬公裡。距離遠,則信號傳輸衰退大,信號延遲也更大。
從測控難度上說,隼鳥2號最大困難在於圍繞小行星進行複雜運動,這需要對姿態控制和位置定位有非常深的掌控。
不過日本並沒有這樣獨立的高測控能力,日本是藉助美國NASA的深空測控網絡進行的。美國NASA的深空測控技術當然是領先的,美國的深空測控站點很多,遍布全球各地。
我國的超遠深空測控技術也在發展中,目前離地球超過1億公裡、接近火星的天問一號正在驗證我們的深空測控技術,一直順利有效,相信我們的經驗積累也會越來越多。
動力系統及其它技術各有所長
隼鳥2號動力系統也很先進,其上安裝的推進器數量也有16個,包括12個化學推進器和4個離子推進器。這四個離子推進器可長期持續穩定運行,同時噴發時每秒產生的最大推力37毫牛。12個化學推進器推力更大,但其能源早已消耗一空。如今隼鳥2號主要靠3個離子推進器產生動力,可給隼鳥2號帶來28毫牛推力,所以現在隼鳥2號操作的反應是相當遲緩的。
從總體上看,嫦娥五號發動機類型、動力都要比隼鳥2號多得多、強的多。嫦娥五號共安裝有77臺各種型號、大小的發動機,7500牛、3000牛、150牛、25牛等各型發動機分工合作,確保了嫦娥五號任務順利完成。特別是7500牛變推力發動機全球領先,是嫦娥五號在月球降落及軟著陸的第一功臣。在以7500牛全推力狀態工作時,追求性能最優;在變推力工作時,要確保任意推力精確可調。
另外,隼鳥2號上採用的其它先進技術也相當多,比如相機、電池以及返回艙材料等,都可以說是當今的先進航天技術。這都沒有疑問,日本在CCD、電池、材料技術等方面本就是世界頂級水平。日本隼鳥2號在技術、部件上有一部分是美歐提供的,而中國嫦娥五號則是完全的獨立自主。