「土特產」到手，嫦娥5號迎來關鍵一步，為什麼說比阿波羅登月技術更先進

2020-12-05 時報看點

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到預定環月軌道。這是我國首次實現地外天體起飛。

很多小夥伴都知道，今年祖國的航天發射可謂高度密集，除了各種地球衛星，最令人矚目的就是探索火星的天問一號和奔月取土的嫦娥5號了。

目前，嫦娥5號迎來最關鍵也是最難的一步：位於地球引力之外的無人外太空對接。這一步成功了，嫦娥5號從「廣寒宮」上帶來的「土特產」才能搭上返回器的「快車」，成功返回地球，為國人也是為地球帶來最年輕的月球「土特產」。

為什麼說這一步這麼難呢，因為這是人類歷史上第一次位於地球引力之外的無人對接。和阿波羅登月計劃相比，阿波羅的上升器有兩名「月球人」操控，位於月球軌道上的指令艙還有一名指令長做準備。而對於嫦娥5號來說，這所有的活動都是無人的，只能依靠上升器和軌道器之間的「交流」和他們自身的人工智慧。

「嫦娥五號」國旗展示系統在月面成功打開模擬圖

地面控制中心的遠程操控只能作為輔助，而且還是在時間延遲不敏感的階段。因為地月之間的距離為平均距離約38.44萬千米，電磁波以30萬千米/秒的速度傳播指令，一個完整的指令反饋也需要2秒多。如果遇到信號被幹擾，這種延遲還會加劇。

所以，在整個對接過程中，其難度遠高於從地面發射防空飛彈擊落來襲的高超音速飛彈，並且只能把高超音速飛彈「抓住」而不能擊毀。這非常考驗上升器的姿態控制能力，因為上升器上升後和月面大致是垂直的，需要上升器通過多個姿態控制發動機把自己「放平」，時機成熟後，飛到環繞月球的軌道器+返回器所在在的軌道上，追上軌道器並進行對接，所以，它們兩者之間的速度控制就非常重要，否則就會發生撞擊。

嫦娥五號在月球表面自動採樣

和從地球上發射相比，上升器從月球上發射沒有穩定的發射平臺，火箭發動機的羽流導流空間有限，對於上升器的姿態調整有影響；起飛後，因為月球上沒有空氣，傳感器相機沒辦法進行長時間曝光，所以在月球上是拍不到星星的，不能通過星座來定位。這一點，從神州飛船的出艙活動中也可以證實，在太空行走中我們也沒有看到星星。所以，上升器需要特殊的定位裝置。

這很可能是月球磁場探測器，上升器通過感知月球磁場的變化來進行定位，當然，月球重力傳感器和小型對月掃描雷達也會起到作用，在結合地面控制中心的輔助，上升器就可以實現自身的三維空間定位和定姿，從而進行姿態調整，進入軌道器的環月軌道中。

嫦娥五號著陸器和上升器組合體著陸後全景相機拍攝的環拍成像

上升器和返回器對接後，並不是直接藉助「引力彈弓」從月地轉移軌道抵達地球，還需要進行一些準備工作。

首先，要把「土特產」從上升器轉移到返回器，這對「土特產」的包裝工作是非常考驗的，因為從月球表面抓取的月壤和從月面下鑽取的巖石一旦洩露，會在上升器中隨意瀰漫，一旦撞擊到重要的設備和線路，很可能造成失控；而在轉移過程中洩露，還可能造成轉移通道不能夠完全關閉，引發新的風險。

這不是危言聳聽，看過《太空救援》的小夥伴都知道，在太空中，哪怕是一個微不足道的失誤或者是線路的損壞，都有可能造成致命後果。此外，從飛行服的變化也可以說明細節決定成敗。

早期的飛行服採用的是紐扣，在一次飛行中，一名飛行員衣服上紐扣脫落，然後剛好卡住了一個重要的裝置，最終飛行失控墜毀。從那以後，所有的軍用飛行員不再採用紐扣而是拉鏈，包括飛行服的衣襟和口袋。

鑽孔採巖芯（圖源：New China）

所以，為了防止上述情況發生，從月球上獲得「土特產」採用了特殊包裝袋，長約2.5米，採用了特殊複合材料製成，微米級密度，能將鑽杆鑽取的圓柱體月巖完整的包裝，保留其最開始的層理信息。這樣，「土特產」最終返回地球後，科學家就可以通過對這個從月球地下兩米鑽取的圓柱形月巖分析，得到月球表面地質的演變，為月球資源的開發提供重要的數據。

月壤裝入包裝袋後，還會被裝入到航天材料製成的密封罐中，為了獲取完整的月巖層理信息，從月球表面獲得的月壤和鑽取的月巖是分開包裝的。這個特殊包裝罐的蓋子上有一小段齒輪，機械臂通過轉動蓋子上的齒輪，就可以完成密封。為了對接後的轉移方便，這兩個密封罐很可能在密封后會連接到一起，這樣一次就可以把包裝罐轉移到返回器中。

月壤轉移完成後，轉移通道關閉，上升器也會被拋棄，軌道器和返回器「輕裝上陣」，待到月地轉移窗口期的到來，軌道器的火箭發動機點火，奔向地球。到達距離地球表面5000公裡時，返回器和軌道器分離，以一定的角度落入大氣層邊緣後「打水漂」，返回器的速度降低到七公裡多每秒，最終返回地球，就像楊利偉返回地球乘坐的返回艙一樣。

返回艙再入地球大氣層（圖源：New China）

所以，這一系列的技術，能夠玩轉的，一隻手都能數過來。通過嫦娥5號工程，中國將會掌握最先進的登月和返回技術，一旦祖國的大推力巨無霸火箭到位，美國人曾經實現過的，中國人也不會再羨慕，甚至還會建立月球科考站，或者以月球的出發點，載人登陸火星！

當年阿姆斯特朗說出了那句話，「這是我的一小步，卻是人類的一大步」。而當中國人的腳印踏上月球表面上時，可以自信地說：「48年後，月球人再次歸來，從此，月球不再孤寂！」（側翼）

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  • 「阿波羅」計劃結束後,為什麼就再也沒有載人登月?
    「本文章已經通過區塊鏈技術進行版權認證，禁止任何形式的改編轉載抄襲，違者追究法律責任」嫦娥4號探測器是人類歷史上第一個抵達月球背面的飛行器，也是中國航天史上濃墨重彩的一筆。這也為我國實施「載人登月」計劃注入了一劑強心劑，目前各方正在為之努力。
  • 阿波羅飛船半世紀前載人登月,嫦娥五號後來居上靠的是什麼?
    嫦娥四號著陸點位於月球背面艾特肯盆地馮卡門撞擊坑，該著陸點周圍存在近萬米的高度差，嫦娥四號因此修改了登月彈道，由嫦娥三號的傾斜軌跡改為垂直下降，這樣一來不僅對動力系統要求更高，機動避障時間也更短，同時著陸點地形相較於嫦娥三號也更複雜。
  • 嫦娥五號反超阿波羅登月，大言不慚還是言之鑿鑿？人類進步的必然
    ，然而時隔半個世紀後的嫦娥五號基於時代與技術的進步，在諸多領域不僅實現了對阿波羅飛船的超越，更是當代登月技術能力的手執牛耳者。，它所使用的具有世界領先水平的登月控制技術得到了嫦娥三號、四號兩次任務的完美實踐檢驗。
  • 中國載人登月計劃或已取消 嫦娥5號停止研發
    當此際，《新民周刊》從上海航天技術研究院相關內部人士處獲悉，我國對探月工程，乃至整個航天規劃有重大調整，原來進行的載人登月準備工作暫緩。目前的探月計劃，將是——「嫦娥三號」達到落月；由於「嫦娥四號」已經投產，也將如期發射，未來將完成模擬載人登月，進行採樣，然後返回地球；預計的「嫦娥五號」將停止研發。探月計劃將告一段落。
  • 直播畫面卡頓,嫦娥五號月球著陸,真不如半個世紀前阿波羅登月?
    嫦娥5號已經在月球風暴洋北部的呂姆克火山附近著陸成功了，消息傳出大家都是一片歡騰，但美中不足的是直播過程中畫面卡頓，關鍵時候甚至把信號給掐了，之後儘管宣布嫦娥五號已經成功登月，但社交媒體上卻出現了多種聲音！
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