歡迎回家!剛剛,嫦娥五號成功從月面起飛,「土特產外賣員」要回地球...

錢江晚報·小時新聞記者 章咪佳 陳曦 陳偉斌 通訊員 李晨

記者從國家航天局獲悉，12月3日23時10分，嫦娥五號上升器3000N發動機工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。這是我國首次實現地外天體起飛。也就是說，這單來自月球的「特產外賣」，已經由嫦娥五號這位「快遞員」傳送，並在送往地球的路上了！

與地面起飛不同，嫦娥五號上升器月面起飛不具備成熟的發射塔架系統，著陸器相當於上升器的「臨時塔架」，上升器起飛存在起飛初始基準與起飛平臺姿態不確定、發動機羽流導流空間受限、地月環境差異等問題；另外由於月球上沒有導航星座，上升器起飛後，需在地面測控輔助下，藉助自身攜帶的特殊敏感器實現自主定位、定姿。

點火起飛前，著上組合體實現月面國旗展開以及上升器、著陸器的解鎖分離。此次國旗展開是我國在月球表面首次實現國旗的「獨立展示」。點火起飛後，上升器經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入三個階段，進入預定環月飛行軌道。隨後，上升器將與環月等待的軌返組合體交會對接，將月球樣品轉移到返回器，後者將等待合適的月地入射窗口，做好返回地球的準備。

2020年11月24日,嫦娥五號探測器成功發射，探測器將實施月球採樣、返回任務，實現中國探月工程三步走的最後一步「回」。

嫦娥五號經地月轉換軌道、環月軌道飛行後，在月面選定區域成功著陸（落月），目前它已完成月球樣品採集工作、經月面起飛。之後，嫦娥五號探測器的上升器，將和正在月球軌道上的軌道器完成交會對接，經過月地轉移軌道、再入回收等飛行階段的在軌飛行過程，最終完成「挖土」並返回地球。

在此之前，記者也了解到，在這個過程中，上升器以著陸器為發射平臺，點火發射脫離月面。成功離開月球表面後，將和正在月球軌道上的軌道器對接，但這個「擁抱」過程並不容易。

在遠離地球的太空裡，上升器和軌道器之間的對接堪稱「針尖對針尖」，這樣高難度的宇宙空間定位，也完全依賴嫦娥五號自身的人工智慧系統。

上升器成功對接返回器後，還要逃脫月球的引力，這就首先要達到月球的第一宇宙速度1.68千米/秒。而要脫離月球引力飛向地球，則需要達到月球的逃逸速度2.4千米/秒。

這次，科學家提出的挖土目標是約2公斤——鑽取的樣品是約0.5公斤，表取的樣品是約1.5公斤。有人會問，好不容易去一趟，為啥不多挖一點回來？

這是因為，採集量的多少需要與容器的大小相對應，繼而影響到整個探測器的體積、重量，以及推進劑的需求。比如為了鑽取0.5公斤的樣品，探測器上的鑽取機構要達到七八十公斤；為了表取1.5公斤的樣品，表取機構也要幾十公斤；這100多公斤的採樣機構都要由探測器送到月球去，會影響到探測器整體的重量、體積和功耗。

所以此次發射質量非常大——嫦娥五號探測器的總重量達到8.2噸。增加樣品重量就意味著最後可能會超過火箭的運載能力，所以2公斤的量已不算少了。

「擁抱」過程將被全程記錄

即便沒光線也能拍得清清楚楚

據此前報導，在嫦娥五號任務中，由中國航天科技集團八院研製的紅外及可見光雙譜段監視相機，將完美呈現軌道器與上升器的「擁抱」過程。

此次嫦娥五號所搭載的雙譜段監視相機是一款專業「拍照神器」，其主業就是記錄軌道器與上升器的交會對接過程，以及軌道器與著陸器/上升器組合體分離、與支撐艙分離過程。與以往任務中所搭載的監視相機不同的是，這款相機集紅外和可見光成像於一體，紅外和可見光傳感器經各自的光學鏡頭獲取圖像數據，根據遙控指令要求在六種拍攝模式中自由切換，實現紅外和可見光分別或同時成像。

這就相當於給普通相機加了一個夜視儀，即使交會對接過程發生在月背，接受不到太陽光照，我們也可以通過紅外相機記錄下全過程。而在有光照的情況下，如果光照太強，可見光相機拍攝的照片也可能存在過曝的情況，影響觀看效果。有了這款雙譜段相機，就可確保全天時、全光照條件下記錄交會對接過程，也可以讓大眾從紅外鏡頭的視角看看太空。

返回器將從38萬公裡外趕回地球

進入大氣層姿勢就像「打水漂」

嫦娥五號返回器返回地球的最後一步，也是難度技術很高的一個環節。因為返回器從38萬公裡遠的月球風馳電掣般飛到地球附近時，速度會逼近第二宇宙速度（11.2千米/秒），這個速度遠遠高於普通返回式衛星返回地球的第一宇宙速度（7.9千米/秒）級別。

這3公裡的速度差，會有很大影響嗎？

當然會！以這樣的速度直接衝進大氣層，巨大的摩擦和衝擊足以讓返回器快速焚毀。所以，返回器採用了一個很特別的「姿勢」回到地球——它將在大氣層邊緣滑躍，多次減速，就像「打水漂」一樣。

但和我們平常靠手感打水漂不同的是，返回器每一次與大氣接觸都要經過精準計算，最終以安全速度衝入大氣，再通過氣動減速和降落傘減速等方式，準確、安全降落在預定的著陸場。

為了嫦娥五號返回器的「打水漂」式返回，我國還曾在2014年，用嫦娥五號再入返回飛行試驗任務演習了一遍。

那次任務是我國首次採用半彈道式跳躍的返回方式，返回器進入大氣層後受控躍起，經過滑行再次進入大氣層並飛向落區。但這種方式對控制精度提出了極高要求，返回器如果「跳」得過高會偏離落區，「跳」不起來則可能直接墜入大氣被燒毀。然而距地面60—90公裡的高層大氣變化無窮，受到黑天白夜、太陽風、地磁場等多種因素影響，大氣變化誤差很大，需要制導導航與控制系統具備很大包容性。

如果此次任務圓滿成功，中國將成為世界上第三個從月球採集樣本返回地球的國家。但我國的探月任務還遠沒有結束。從嫦娥一號升空開始，到嫦娥五號探測器發射，我們還處在「無人探月」階段。探月工程的第二階段和第三階段分別是載人登月和建立月球科研站。

這道題目要不要試試看

你中學裡學的知識還記得嗎

如圖所示，「嫦娥五號」從月球返回地球的過程可以簡單分成四步,第一步將「嫦娥五號」發射至月球表面附近的環月圓軌道Ⅰ,第二步在環月軌道的A處進行變軌進入月地轉移軌道Ⅱ,第三步當接近地球表面附近時,又一次變軌,從B點進入繞地圓軌道Ⅲ,第四步再次變軌道後降落至地面,下列說法正確的是（ ）

A. 將「嫦娥五號」發射至軌道Ⅰ時所需的發射速度為7. 9km/s

B.「嫦娥五號」從環月軌道Ⅰ進入月地轉移軌道Ⅱ需要加速

C.「嫦娥五號」在關閉動力系統情況下從A沿月地轉移軌Ⅱ到達B點的過程中其動能一直增加

D.「嫦娥五號」在第四步變軌時需要加速

參考答案：B

解析：月球的第一宇宙速度比地球要小，故A錯；

「嫦娥五號」從環月軌道Ⅰ進入月地轉移軌道Ⅱ是離心運動，所以需要加速，故B正確；

剛開始時月球對嫦娥五號的引力大於地球對嫦娥五號的引力，所以剛開始動能要減小，故C錯誤；

「嫦娥五號」降落至地面的運動為為向心運動，需要減速，故D錯誤。

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