嫦五揭秘:只採樣可更簡單,考慮未來載人登月需求確定目前方案

微信公眾號「中國航天報」11月24日消息，2008年8月，航天測控通信專家吳偉仁接替年事已高的孫家棟，擔任中國探月工程總設計師。上任伊始，他就面臨著一個棘手的任務，要根據我國國情特點組織論證探月三期工程嫦娥五號、嫦娥六號的實施方案。

不到一年時間，2009年上半年，在探月三期工程論證組組長吳偉仁的帶領下，來自航天工業部門、中國科學院、教育部高等院校和大型企業等機構的一大批專家積極參與到論證工作中。

「一般來說，像這種技術難度大、參與人員多、研製周期緊的重大科技工程，論證時間都會比較長。但是，我們僅用了一年多時間就完成了論證工作，效率很高。整個論證隊伍將近百人，很多骨幹成員都是從事探月工程的專家。」吳偉仁回憶，論證組重點論證明確了幾個關鍵問題。

首要關鍵問題就是明確整個工程的指導思想。探月工程「繞落回」三步走的主要目標是要實現無人採樣返回。雖然已經過去了10多年，但吳偉仁依然記得工程指導思想的清晰表述——「技術先進，經濟可承受，體現當代水平，經得起歷史檢驗」。

技術先進，意味著我們的方案不能落後；經費可承受，因為中國畢竟是個發展中國家，錢得花在刀刃上；體現當代水平，指的是在方案上不走美蘇老路，要體現21世紀的水平；經得起歷史檢驗，則意味著若干年以後回頭看這個方案，它仍然是科學的。

論證焦點1：怎樣實現採樣返回

工程指導思想明確後，接下來，就是確定用什麼樣的方式來實現採樣返回。論證組深入分析了國外的技術路線，反覆探究一條富含中國特色的採樣返回之路。

什麼是中國特色？首先，採樣返回方案一定要有獨創性，不能沿用美蘇方式。其次，我國首先要解決14億人的吃飯問題，能夠用到探月工程的錢是極其有限的，因此每一分錢都要見效果。再次，在搞月球無人採樣返回的同時，一定要考慮下一步的發展，為未來的載人登月進行先期的技術驗證。

基於此，論證組經過綜合分析比較，提出了「四器」方案，即：探測器由軌道器、返回器、著陸器和上升器組成，歷經發射入軌、地月轉移、近月制動、環月飛行、著陸下降等階段，待完成月面工作後，再經月面上升、月球軌道交會對接與樣品轉移、環月等待、月地轉移和再入回收等飛行階段，攜月球樣品在內蒙古四子王旗著陸場著陸。

「四器」構型的嫦娥五號

「實際上，如果只是為了完成採樣返回任務，嫦娥五號的系統可以做得簡單很多。但考慮到未來的載人登月需求，我們確定了目前的方案，目的在於進行更多的技術驗證。」吳偉仁說。 

嫦娥五號在進行試驗

論證焦點2：採樣量究竟定多少

大的思路明確了，隨之而來的問題就是樣品採集量究竟定在多少。

世界上完成月球採樣返回的國家有兩個，一個是蘇聯，一個是美國。蘇聯實施了3次成功的無人採樣返回，以鑽取的方式採回月球土壤樣品300多克。美國通過6次成功的阿波羅載人飛行，讓太空人帶回來300多公斤月球樣品。

收藏在北京天文館的0.5g月球巖石樣本。美國政府在1978年贈送給中國1g月巖樣本，由阿波羅17號飛船1972年從月球帶回。

在論證過程中，專家們認為蘇聯的技術方案有著明顯的局限性，單一的鑽取方式能採到的月壤量有限，一旦遇到石頭就鑽不進去了。而且，返回器非常小，能夠裝回去的月壤也不會太多。為了體現當代水平，論證組當時提了一個目標，要求一次採樣量要超過蘇聯採樣量總和。於是，有人提出了五公斤，有人提出了一公斤。經過反覆論證，論證組最後將採樣量定在了兩公斤。

同時，為了保證月壤的層理結構不被破壞，論證組提出鑽取兩米深度，且邊鑽邊封裝，以最大程度地保證樣品的科研價值。同時，為了避免遇到石頭鑽不下去的情況，他們提出了一個既不同於蘇聯也不同於美國的方案：同時採用鑽取和鏟取相結合的採樣方式，確保樣品採集量達到2公斤。

論證焦點3：如何在第二宇宙速度下安全返回

返回器以第二宇宙速度返回地球，這個焦點問題也引發了熱烈討論。

「第一個難點是速度太快，返回器在大氣層裡要經受上千度高溫的考驗，怎樣才能保證這個兩公斤樣品的安全。第二個難點是瞄準四子王旗著陸區的返回器，在降落過程中過載G值太大，遠遠超過探測器可承受量。

當時，有專家還提出了一種海上著陸的方案。但是，受制於我國海上搜救能力，且還要投入一大筆經費，大家決定還是利用四子王旗現成的場地和設施。

經過討論，論證組提出了一種半彈道式返回的方式。返回器以第二宇宙速度進入大氣層，大概在60~70公裡高度的時候，受控重新跳躍到大氣層外120公裡高度位置，飛行一段時間，以第一宇宙速度再降落。這一過程就像在太空「打水漂」。

當然，要實現這個打水漂也不容易。有人擔心，返回器在60~70公裡處能不能跳起，這個得靠控制系統。如果控制系統能夠有很好的方法，在技術上有把握，那就成功了。如果控制得不好，這種方案就不成立。後來，經過控制專家們的仔細論證，解決這一難題還是有充分把握。

嫦娥五號返回器在進行試驗

但是，圍繞「要不要搞一次再入返回飛行試驗」這個話題，專家們的意見又不一致了。對於這項試驗，有人不同意做，覺得周期長浪費時間，有人認為得做2~3次試驗。吳偉仁認為沒有必要做兩三次試驗，但是一次不做的話，嫦娥五號任務風險太大。

這個想法得到了孫家棟、欒恩傑等老領導的支持。大家都同意先做一次再入返回試驗。2014年11月1日，探月工程三期再入返回飛行試驗獲得圓滿成功，驗證了高速返回方案的正確性。

論證焦點4：要不要建我國的深空探測網

在論證過程中，「要不要建設我們國家的深空測控網」也是一個焦點問題。

美國在全世界建了三個大型深空站，第一個在美國本土，第二個在西班牙馬德裡，第三個在澳大利亞坎培拉。其中，兩個位於北緯，一個位於南緯，每個站在經度上相隔120度。每個站都有一個口徑70米天線，再加上4個34米天線，可謂布局合理、技術先進、規模龐大。歐空局也組建了自己的深空測控網。

那麼，我們國家要不要建自己的深空網呢？論證組的意見並不統一。吳偉仁認為，通過探月三期工程把我國深空測控網建起來，這是一個基礎性、戰略性、前瞻性的工作。雖然它可能會產生一些花費，但對我國未來的深空探測影響深遠。

最終，我國在最西邊的新疆喀什、東北地區的黑龍江佳木斯、南美洲的阿根廷各建了一個深空站，組建形成了自己的深空測控網，且在嫦娥二號、嫦娥四號任務中得到了很好的應用。

我國深空測控站在執行「天問一號」測控任務

「探月工程屬於國家16個重大科技專項之一，在2020年之前要全面完成。如果嫦娥五號任務圓滿完成，我們就可以做到『三不一超』，即：進度不拖、經費不超、指標不降，超額完成任務。這主要得益於國家國防科工局和航天工業部門的堅強有力領導，以及無數科研人員的汗水和付出。」吳偉仁對這次任務充滿信心和期待。

（原題為《嫦五獨家揭秘：只採樣可以更簡單，但為了驗證未來》）

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