可上九天攬月,可下五洋捉鱉
今天凌晨,2020年11月24日4時30分,長徵五號運載火箭在海南文昌航天發射場點火升空,飛行約2200秒後,將嫦娥五號月球探測器成功送入近地點約200公裡、遠地點約40萬公裡的地月轉移軌道。
▲在海邊歡呼的262
消息傳來,舉國歡騰!軍武262也前往海南,親眼見證了這壯觀的一幕。
中國發射火箭的次數實在太多,大家可能都記不清上次發射火箭是什麼時候,幹什麼用的了,這一次為什麼會如此引人關注呢?
因為這次真的不一樣——嫦娥五號是去月球「挖土」,然後再帶著土回來!
這件事,至今只有美國和蘇聯辦到過。月球土壤十分珍貴,並且研究價值巨大!
▲美國曾直接送人上月球挖土
1969年7月至1972年12月,美國實施了7次載人登月任務,6次成功,12名航天員登上月球,帶回珍貴的月壤和月巖樣品約381.7千克。
1970年代,蘇聯通過「月球16號、20號、24號」三個無人探測器取回共330克珍貴的月壤。
1978年中美即將建交後,美國國家安全事務顧問布熱津斯基訪華時為了示好,向中國贈送了1克月巖——僅僅1克,要用放大鏡才能看清楚。
▲0.5克,真的要用放大鏡看
就是這麼一小點,還要分成兩半,一半收藏在北京天文館,一半用來研究。就憑這0.5克月球土壤,中國學者發表了14篇論文。如果有更多月巖月壤,就能完成更多更有意義的月球研究。
沒辦法,我們沒有能力到月球上取,只能靠別人贈送。而且月壤對任何國家來說都是極為珍貴的東西,不可能隨隨便便送你的。因為自從1976年蘇聯「月球20」號探測器最後一次採樣後,至今人類已經44年沒有重新獲得月球樣品了。
究其原因,只因美蘇競相「逐月」,本質上是冷戰軍備競賽的一部分,所以才可以在那個計算機還大如房子的年代不惜成本的投入,展開一次又一次的追逐。
▲這個龐然大物只是土星五號的第一級
比賽到了一定時候,錢也燒不起了,自然也就沒有勁頭去搞太空「面子工程」了——把「阿波羅」送上月球的土星五號重型火箭,造價高達5億美元,一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍,每發射一次,就相當於燒掉一艘航母。
這樣勞民傷財的競賽遊戲,誰長期玩得起?隨著蘇聯退出登月競爭,美國也從狂熱中冷卻。此後,探月活動由單純服務於政治軍事目的,逐漸轉變為科學探索 + 經濟利益的模式。
探索和利用太空和天體,必定是未來人類的發展方向之一,被視為宇宙版的大航海時代,這就是那句「我們的徵途,是星辰大海」的含意。要向太空進軍的壯舉,月球這個離我們最近的天體,既是用來練手的最佳目標,也是很好的前哨站和資源獲取地。
現在,中國人來了!
▲嫦娥四號的「玉兔」實現了在月球上巡遊
按照中國探月工程「繞、落、回」三步走的規劃,繞和落已經實現,就差一個「回」了。
2013年12月,嫦娥三號在月球上軟著陸, 2019年1月,嫦娥四號成為世界上首次在月球背面軟著陸的探測器。現在的嫦娥五號,將擔負起返回的重任。
▲嫦娥五號長這樣,比姐姐們大得多
嫦娥五號重8.2噸,是我國迄今為止最重,也是最複雜的航天探測器,有4大部分,15個分系統,是嫦娥四號的兩倍。
重且複雜,是因為它要幹的活非常多——火箭從地球發射-繞著月球軌道轉-在月面著陸-在月面挖土-從月面再次發射-在月球軌道對接-將樣品移到返回器-返回地球。
相比之下,嫦娥一號、二號只是單獨的衛星,嫦娥三、四號再加一個著陸器和月球車。
▲因為長徵五號體態圓粗,被暱稱為「胖五」
要把這樣大的「嫦娥」送上天,就得使出中國最大的火箭——長徵五號運載火箭。
這是中國航空科技集團研製的新一代5米直徑低溫液體捆綁式重型運載火箭,自重867噸,到達近地軌道最大載荷33噸,到達同步轉移軌道最大載荷為14.4噸,是中國現役起飛質量最大、芯級直徑最粗、運載能力最強的火箭,世界現役火箭中排名第三(前兩名為馬斯克的私人SpaceX「獵鷹」火箭)。
▲嫦娥五號大致分為四個部分
嫦娥五號在月面著陸後,將開始為期2天的月面工作,它攜帶的鑽取採樣裝置、表取採樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等「神器」,深淺鑽、鏟挖夾,最深可以採集到月球表面2米深度範圍內的樣本。
然後,嫦娥五號完成採樣封裝,把大約2千克的月巖、月壤帶回地球。回想之前咱們的科學家只能靠半克樣本小心翼翼搞研究的窘迫,這一下子就帶回來兩公斤,可以算是「暴富」了。
但這不是一件容易的事,因為這是我國航天史上首次在月面起飛。
▲嫦娥五號上升器效果圖
在地球上發射火箭,陣地都是固定設好的,時間和軌道都精確測算過,經驗很豐富。但在月球上起飛,沒有現成的陣地,環境惡劣,白天溫度180度,夜間零下150攝氏度,溫差約330度,上升器發動機點火瞬間達到上千度,又不能燒壞上升器和著陸器,對材料的要求很高。而且地形也很難預料,很可能連基本的平整都未必能保證……
探測器飛離月球後,也不是直接回地球,而是要和環月軌道上的軌道器和返回器交付對接,把樣本轉移到返回器後再回到地球。這將是世界上首次實現月球軌道的無人交會對接,是中國航天的一次創舉。
為什麼不直接飛回地球,非得中轉一下呢?
▲軌道器效果圖,中間那個白色的物體就是返回器
這是為了能帶回更多的樣本,可以對比一下蘇聯探測器的採集量,只有幾百克的量級。因為蘇聯當時的交會對接技術不行,只能直接起飛,必須要犧牲攜帶量來保證有足夠的燃料,而嫦娥五號就只需要有能起飛到月球軌道的少量燃料就行,代價就是複雜度上升了。
複雜也不怕,因為在這方面,我國航天科技的積累已經足以應對。
據航天八院嫦娥五號副總設計師查學雷透露,研製團隊已經突破了高可靠連接分離技術等4項關鍵環節。承擔月球樣本「接收」和「裝箱」任務的軌道器,製作的非常輕巧,但承載能力強大,46公斤重的承力球冠就能承載3噸的貯箱,極限承載能力30噸,實現了「雞蛋殼上掛秤砣」。
▲中國探月工程三步走已經接近實現
42年前,中國第一次得到了1克月球物質,但這是別人給的,而再過二十多天,中國將得到2000克,這次是自己去挖的!這是中國航天事業的重大進步,的確值得我們為之歡欣鼓舞。
同時也要看到,我們距離世界航天的頂尖水平,尚有差距。
登月取壤,美蘇在50年前就已經能辦到了,我們只是追到了這個水平。在此同時,美蘇(俄)歐早已對太陽系內各大行星、小行星、彗星進行過多次掠過、環繞和著陸探索,最遠的探測器已經飛出了太陽系。
▲隼鳥2號實現小行星採樣,難度同樣不小
就連一向被看不起的印度,火星探測居然搶在了中國前面。日本的「隼鳥2號」在小行星上發射金屬彈,轟出了一個直徑10米的人造隕石坑,然後釋放了兩個微型機器人,成為世界上首次在小行星表面登陸的探測器,並將在今年年底返回。
中國在奔跑,但別人也沒有躺下來睡大覺。
▲登月登火星!向宇宙進軍!
所以,我們還得奮起直追——曾有人埋怨中國祖先沒能趕上大航海時代,這次,我們中國不能再錯過星辰大海時代!
「嫦娥五號」奔向月球的同時,目標火星的「天問一號」正在路上,載人登月已經為時不遠,再以月球為基地,向火星乃至更遠的星辰大海進發!
水調歌頭·重上井岡山
作者:毛澤東
久有凌雲志,重上井岡山。
千裡來尋故地,舊貌變新顏。
到處鶯歌燕舞,更有潺潺流水,高路入雲端。
過了黃洋界,險處不須看。
風雷動,旌旗奮,是人寰。
三十八年過去,彈指一揮間。
可上九天攬月,可下五洋捉鱉,談笑凱歌還。
世上無難事,只要肯登攀。