中國航天史上「四個首次」即將由嫦娥五號完成,難度究竟有多大?

11月24日4時30分，嫦娥五號探測器帶著中國探月工程「繞落回」三步走中最後一步的使命飛奔月球。在這次「取土之旅」之旅中，嫦娥五號將有望實現我國航天史上的四個「首次」。每一個首次背後意味著什麼？中國航天人將如何一一破解？就此，解放日報·上觀新聞記者採訪了中國航天科技集團五院專家進行揭秘。

首次月面自動採樣

此次任務的核心關鍵之一，月球表面自動採樣封裝是嫦娥五號任務中最引人注目的一個環節。

在這個階段，嫦娥五號將在月面選定區域著陸，並使出渾身解數採集月壤，實現我國首次月面自動採樣。為此，來自航天科技集團五院的設計師們採用表鑽結合，多點採樣的方式，精心設計了兩種「挖土」模式：鑽取和表取。當著陸上升組合體順利軟著陸在月球表面，嫦娥五號就開始了為期2天的月面工作。她隨身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」，將科學分工，精密配合，採取深鑽、淺鑽、「鏟土」「挖土」「夾土」等各種方式，採集約2公斤月壤並進行密封封裝，經月面起飛、月球軌道交會對接、月地轉移和再入回收等過程將月球樣品安全送至地球家園。

首次月面起飛上升

當嫦娥五號完成月面取土後，她就要踏上「回娘家」的旅程。想回娘家可不容易，第一步能否「邁好」至關重要，這就是涉及到突破我國航天史上另一個首次——月面起飛上升。

航天科技集團五院專家表示，順利完成月壤採樣封裝後，上升器就要準備月面點火起飛了，這是一個高難度科目。眾所周知，運載火箭在地球起飛是有一套完備的發射塔架系統的，點火起飛位置也經過了精確測算，飛行軌道也是一遍遍計算好的。而月面起飛就不一樣了，它沒有一馬平川的起飛地，更沒有成熟完備的發射塔架，著陸器就相當於上升器的發射塔架，託舉著嫦娥五號回家。而月球表面環境複雜，著陸器不一定是四平八穩的狀態，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。這就給起飛帶來很大難度。

此外，還要克服地月環境差異、發動機羽流導流空間受限等難題。月面起飛的時候，還無法像運載火箭一樣在地面發射前由地面人員完成測調和確認，必須依靠太空飛行器「自力更生」，實現起飛時自主定位、定姿。為了確保上升器能夠順利起飛上升，中國航天的嫦娥研製團隊進行了大量的試驗驗證，並建立了一整套環環相扣的系統保證任務，為嫦娥五號勝利邁出回家一步保駕護航。

首次實現月球軌道交會對接

當著陸器託舉上升器實現月面起飛上升後，嫦娥「五姑娘」一路飛奔而去。但是僅僅依靠上升器是不可能實現返回地球的，它需要飛到月球軌道上，在這裡與軌返組合體交會對接，把採集到的月壤轉移到返回器。

經過幾十年的實踐探索，我國在載人航天領域已經熟練掌握了近地軌道交會對接技術，但是在 38 萬公裡外的月球軌道上進行無人交會對接不僅在我國尚屬首次，而且也是人類航天史上的第一次。

此前，人類三次無人月球採樣任務，由於無法掌握月球軌道無人交會對接技術，採用的都是月面起飛直接返回地球的方案。而嫦娥五號則是採用具有世界先進水平的月球軌道交會對接技術。從上升器進入環月飛行軌道開始，一直到軌返組合體與上升器完成對接與樣品轉移為止，設計師們為嫦娥五號精心設計了交會、對接、組合體運行、軌返組合體與對接艙分離等一系列關鍵動作，助推嫦娥五號實現完美對接。

首次帶月壤高速再入返回地球

當返回器帶著月壤，從38萬公裡遠的月球風馳電掣般向地球飛來，這時它的飛行速度是接近每秒11公裡的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的太空飛行器速度大多為每秒8公裡的第一宇宙速度。可別小看了這每秒3公裡的差距，因為，就好像扔石頭，同樣一塊石頭，從一層樓扔下來的速度和從十幾層樓仍下來速度肯定不一樣。同理，太空飛行器從數百公裡高的近地軌道返回和從38萬公裡遠的月球返回必然不同，且差距巨大。一旦速度過猛，返回器一頭撞向地球，後果不堪設想，必須讓返回器減速飛行。

為此，嫦娥五號探測器的設計師們創新提出了半彈道跳躍式再入返回技術方案，就像在太空打水漂一樣，整個再入返回過程就是讓返回器先是高速進入大氣層，再藉助大氣層提供的升力躍出大氣層，然後以第一宇宙速度扎入大氣層，返回地面。整個過程環環相扣，確保嫦娥五號能安全順利地降落在四子王旗著陸場。