嫦娥五號「探月」歸來 實現五個首次

2021-01-09 北青網
昨晚返回器抵達嫦娥五號探測器的抓總研製單位——中國航天科技集團五院供圖/中國航天科技集團五院

    本報訊(記者 雷嘉 通訊員 葉雨恬)北京時間12月17日1時59分,嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸,標誌著我國首次地外天體採樣返回任務圓滿完成。回收後的返回器在完成必要的地面處理工作後,將空運至北京開艙,取出樣品容器及搭載物。國家航天局將擇機舉行交接儀式,正式向地面應用系統移交月球樣品,我國首次地外天體樣品儲存、分析和研究相關工作也將隨之啟動。

    北京青年報記者從國家航天局了解到,17日凌晨1時許,北京航天飛行控制中心通過地面測控站向嫦娥五號軌道器和返回器組合體注入高精度導航參數。此後,軌道器與返回器在距南大西洋海平面高約5000公裡處正常解鎖分離,軌道器按計劃完成規避機動。凌晨1時33分,嫦娥五號返回器在距地面高度約120公裡處,以接近第二宇宙速度(約為11.2千米/秒)高速進入地球大氣層,實施初次氣動減速。下降至預定高度後,返回器向上躍出大氣層,到達最高點後開始滑行下降。之後,返回器再次進入大氣層,實施二次氣動減速。在降至距地面約10公裡高度時,返回器打開降落傘完成最後減速並保持姿態穩定,隨後在預定區域平穩著陸。負責搜索回收任務的測控與回收系統技術人員及時發現目標,有序開展回收工作。

    嫦娥五號於11月24日在文昌航天發射場發射升空並進入地月轉移軌道,探測器實施2次軌道修正、2次近月制動後順利進入環月圓軌道。此後,探測器經歷組合體分離、環月降軌及動力下降,著陸器和上升器組合體於12月1日在月球正面預選區域著陸並開展採樣工作。在月面工作2天後,12月3日,上升器點火起飛、精準入軌,於6日完成與軌道器和返回器組合體之間的交會對接及樣品轉移,此後按計劃分離並受控落月。12月12日至16日,軌道器和返回器組合體在完成2次月地轉移入射、2次軌道修正後,返回器於12月17日與軌道器分離並重返地球。

    國家航天局專家表示,嫦娥五號探測器在一次任務中,連續實現了我國航天史上首次月面採樣、月面起飛、月球軌道交會對接、帶樣返回等多個重大突破,為我國探月工程「繞、落、回」三步走發展規劃畫上了圓滿句號。同時,嫦娥五號任務作為我國複雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程,成功實現了多方面技術創新,突破了一系列關鍵技術,對於我國提升航天技術水平、完善探月工程體系、開展月球科學研究、組織後續月球及星際探測任務,具有承前啟後、裡程碑式的重要意義。

    賀 電

    探月工程任務指揮部並參加嫦娥五號任務的全體同志:

    欣聞探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功,我代表黨中央、國務院和中央軍委,向你們致以熱烈的祝賀和誠摯的問候!

    嫦娥五號任務作為我國複雜度最高、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。這是發揮新型舉國體制優勢攻堅克難取得的又一重大成就,標誌著中國航天向前邁出的一大步,將為深化人類對月球成因和太陽系演化歷史的科學認知作出貢獻。對你們的卓越功勳,祖國和人民將永遠銘記!

    人類探索太空的步伐永無止境。希望你們大力弘揚追逐夢想、勇於探索、協同攻堅、合作共贏的探月精神,一步一個腳印開啟星際探測新徵程,為建設航天強國、實現中華民族偉大復興再立新功,為人類和平利用太空、推動構建人類命運共同體作出更大的開拓性貢獻!

    習近平

    2020年12月17日

    (新華社北京12月17日電)

    解讀

    中國載人航天明後年將完成約11次任務

    昨天下午,國務院新聞辦舉行發布會,介紹探月工程嫦娥五號任務的有關情況。

    國家航天局副局長、探月工程副總指揮吳豔華在會上稱,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。

    「這標誌著我國具備了地月往返的能力,實現了『繞、落、回』三步走規劃完美收官。」他表示。

    1.嫦娥五號任務有哪些難點和創新點?

    關於嫦娥五號任務的難點,國家航天局探月工程三期總設計師胡浩會上介紹稱,這次與嫦娥三號、四號比,跨度更大。

    他解讀稱,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,還要在月球上進行轉移,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有創新性的。

    「另外,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。」他表示。

    胡浩還稱,從月球軌道回來,再入大氣是接近第二宇宙的速度,這和我們以前,不管是載人航天還是以前的再入任務來比,速度快了很多,帶來的熱的影響、控制能力的影響、精度的影響都很大,這對我們來講也是個重要的突破。

    就此,吳豔華補充稱,月面起飛跟地面發射火箭不一樣。「落到哪兒,斜了歪了,在那個地方都必須起得來。所以,我們這個發動機是新研製的,3000牛的發動機表現非常好。」

    2.嫦娥五號帶回來的月球土壤將用於哪些用途?

    此次嫦娥五號的核心任務是採集月球樣品返回地球,那麼月壤將用作何用?發布會上透露,絕大部分月球樣品會用於科學研究,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,希望能夠深化對月球的起源、演化方面的認識。

    吳豔華還表示,為了能早一點與公眾見面,有一部分樣品將入藏國家博物館。此外,依據國際合作的公約和多邊雙邊的合作協議,我們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。此外,也有一部分按照國際慣例,可能作為國禮相送。

    吳豔華透露,除了位於北京的中科院國家天文臺作為主要存儲地點以外,月球樣品還將在湖南韶山毛主席的故鄉進行異地災備,以告慰毛主席提出「可上九天攬月」的夙願。

    3.中國採集的月壤和美俄有何不同?

    北青報記者了解到,中國是第三個從月球採樣回來的國家。此前,美、俄都曾採集月球樣品回地球。那麼和此前相比,中國採集的月壤有何不同?

    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解讀稱,俄羅斯和美國的九個採樣點,都在緯度30度的範圍,嫦娥五號的採樣點選擇了43度的風暴洋東北角的玄武巖區域,這是全新的採樣區域。全新的樣品研究,對月球表面的風化作用、火山作用和區域地質背景、區域地質演化方面應能作出很多科研貢獻。

    4.中國會否載人登月?

    嫦娥五號成功返回後,中國後續的航天規劃如何?

    對此,吳豔華總結稱,第一,就探月工程而言將進一步優化論證嫦娥六號工程目標和科學目標,比如說,月球極區採樣返回。規劃當中還有嫦娥七號和八號任務,我們準備以此為契機,與有關國家和國際組織合作,共同論證初步建設月球科研站的基本能力、核心技術。

    第二,行星探測規劃基本明晰,有待國家審批。第一個任務已經實施了,就是首次火星探測任務天問一號。這之外,我們還規劃了三次行星探測任務,包括一次小行星的探測和取樣,一次火星的採樣返回,還有一次木星系環繞探測和行星穿越探測。

    第三,中國的載人航天規劃,明年、後年將迎來非常繁忙的時間。我們計劃用兩年時間完成核心艙、試驗艙、四艘貨運飛船、四艘載人飛船發射總共接近11次任務。

    第四,將充分利用長徵五號、六號、七號新一代運載火箭技術,完善我們無毒無汙染新型火箭序列。至於重型運載火箭,中國肯定要發展,正在進行關鍵技術攻關和方案的迭代優化論證。

    會上,還有媒體關注中國載人登月的計劃。

    「目前開展的月面起飛、軌道交會對接、再入返回等,都是未來載人返回的必要技術。這些技術通過驗證,也是為未來載人登月打基礎。」吳豔華表示,當前的任務是爭取兩年時間完成地球軌道空間站的建設。關於載人登月的計劃,按照目前初步意向是先搞關鍵技術攻關,等我們近地軌道的空間站建成後再進行規劃論證。

    5.中國怎樣和國際社會合作共享這個數據?

    會上,有媒體關注中國在相關研究領域開展國際合作的問題。國家航天局新聞發言人許洪亮就此表示,中國航天局一直按照「共商、共建、共享」的原則開展相關國際合作。中國國家航天局與40多個國家籤訂了140多份合作協議,並且深度參與了18個國際組織的相關工作。月球樣品是我們人類共同的財富,我們願意以平等互利、互惠互利的方式跟國際同行開展合作。

    文/本報記者 李巖

    揭秘

    又要保暖又要隔熱

    「小五」控溫有高招

    從極端的宇宙環境到進入地球大氣層後摩擦高溫,再到降落四子王旗後到低溫,嫦娥五號返回地球的旅程可謂是挑戰重重。為此,嫦娥五號探測器的抓總研製單位——中國航天科技集團五院的研製團隊花了很多心思,投入了很多尖端科技力量。

    看了「小五」落地直播的讀者都對返回器身上貼滿的「暖寶寶」印象深刻。那是因為返回艙內部的推進劑還有剩餘,擔心返回途中凍住後不好排出,所以貼「暖寶寶」為其暫時保暖。但其實,探測器返回途中不僅要防凍,更要防熱。

    見過神舟飛船返回艙的人一定對那身烏黑的外表印象深刻。那是返回艙從近地軌道返回地球時,被大氣層劇烈摩擦產生的高溫燒灼而成的。「再入的速度提高一倍,再入熱量將提高8至9倍。」五院總體設計部嫦娥五號結構分系統主任設計師董彥芝介紹說。如此高的溫度一旦進入返回器的內部,後果將不堪設想。因此,如何對抗燒蝕成為了必需攻克的難關。

    為此,五院總體設計部防熱結構設計團隊為探測器巧妙設計了一件「貼心防熱衣」。首先,針對月球軌道返回熱環境、空間環境和重量的要求,提出了不同部位耐燒蝕和隔熱的具體需求與指標,從33種新研材料中篩選出了7種防熱材料,完成了防熱材料的布局和局部防熱結構設計,實現了我國由近地軌道再入到深空軌道再入的防熱結構設計的跨越。

    其次,提出了三維傳熱燒蝕分析方法,採用整體變厚度、變密度,分區域、偏軸設計方案,突破了輕量化設計關鍵技術,並利用一維燒蝕分析和三維溫度場分析相結合的數值分析方法,實現了用全面的局部燒蝕試驗代替整器燒蝕試驗,為試驗任務的成功奠定了基礎。嫦娥五號的防熱「霓裳羽衣」成為了其安全順利返回地球的生命保證。

    文/本報記者 雷嘉 通訊員 龐丹

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