【雲關注 嫦娥五號】月球採樣任務完成 嫦娥「五姑娘」,期待你回家!

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。這是中國首次實現地外天體起飛。

嫦娥五號月面起飛精彩回放

自12月1日23時11分成功落月以來，嫦娥五號在約48小時內迅速完成了「挖土」「打包」「升旗」「起飛」等一系列工作，攜月球「土特產」即將返回地球。

國家航天局供圖。張高翔 攝

「挖土」

作為中國探月工程「繞、落、回」三步走的收官之戰，嫦娥五號任務會從月球採集約2公斤月球樣品返回地球。平穩著陸於呂姆克山脈以北地區後，嫦娥五號隨即開展月面自動採樣工作。

自動採樣是嫦娥五號任務的核心關鍵環節之一。探測器要經受住超過100攝氏度的月面高溫考驗，克服了測控、光照、電源等方面的條件約束，實現了多點、多樣化自動採樣。

嫦娥五號探測器在月球表面自動採樣。中新社發 中國國家航天局 供圖

科研人員為嫦娥五號精心設計了兩種「挖土」模式：鑽取和表取。中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢介紹道：「鑽取就是通過空心鑽杆的取芯機構，鑽到月球表面兩米深以下處，得到深層樣品的層理信息。表取就是採用機械臂末端固定鏟挖型採樣器，進行表層和次表層月壤採集，實現多點、多次採樣。」這兩種方式互為備份，不僅可以提高採樣的成功率和可靠性，同時也能夠獲得更為豐富的樣品種類，為後續科學家研究提供更多可靠的原始資料。

「鑽取初步考慮是0.5公斤，表取是1.5公斤。」中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇曾透露。12月2日4時53分，經過3個多小時的持續作業，嫦娥五號鑽取子系統順利完成鑽取採樣任務。

另一廂，表取採樣也在有條不紊地進行。用於表取的機械臂頗為搶眼，臂杆長3.7米，由數十個關節組成。由於著陸區域條件較好，嫦娥五號的採樣工作比預想更為順利，僅用19個小時便提前完成月表自動採樣任務。

「打包」

相比月面極高真空的環境，地球表面包裹著大氣層，大氣環境中不僅有氣體成分，還漂浮著各種固體顆粒，如果月球樣品接觸到大氣中的這些物質，就會造成汙染，導致月球樣品科研價值大打折扣。

嫦娥五號著上組合體模擬圖。北京飛控中心 供圖

如何將38萬公裡之外的月球樣品在無人條件下進行「打包」，並保證樣品在返回地球的過程中不受汙染？由中國航天科技集團五院510所研製的月球樣品密封封裝子系統給出了「答案」，該系統能夠自動承接、封裝月球樣品並具有密封功能的裝置，可將採集到的月球樣品「打包」返回地球。

做好封裝「打包」工作尤為重要。在封裝過程中，中國航天科技集團五院529廠設計師創新出一種「雙管單袋」的鑽進取芯方案。鑽取到的月球樣品，進了取芯管後，取芯軟袋拉繩隨之上提，樣品就被自動裝進軟袋裡。由於質地柔軟，軟袋可以很方便地進行纏繞封裝，再放入初級封裝裝置內。中國工程院院士、中國國家航天局原局長欒恩傑形象地將鑽取封裝這一過程比喻成「裝香腸」。

採樣和封裝過程中，科技人員在地面實驗室根據探測器傳回數據，仿真採樣區地理模型並全程模擬採樣，為採樣決策和各環節操作提供了重要依據。經過約19小時月面工作，嫦娥五號探測器於12月2日22時順利完成月球表面自動採樣，並已按預定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。

「升旗」

緊鑼密鼓地開展「挖土」「打包」工作之餘，嫦娥五號探測器還不忘在月球上進行一場神聖的「升旗儀式」。點火起飛前，嫦娥五號著上組合體實現月面國旗展開，這是中國在月球表面首次實現國旗的「獨立展示」。

五星紅旗月面展示模擬圖

與嫦娥三號、嫦娥四號以及玉兔月球車上的五星紅旗採用噴塗方式不同，嫦娥五號這面「織物版」五星紅旗是一面真正的旗幟。這是五星紅旗在月球表面的又一次成功展示，也讓中國探測器在月面再次打上「中國標識」。

宇宙中擁有很強的電磁輻射，月球表面環境惡劣，溫差可達正負150攝氏度，這就決定了普通五星紅旗無法在月球上使用。為了讓五星紅旗能順利在月面上展開，中國航天科工集團研製團隊花費1年多時間進行選材，最終挑選出二三十種纖維材料作為候選。

通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等物理試驗,研製團隊最終決定採用某新型複合材料，既能滿足強度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證五星紅旗能夠抵禦月表惡劣的環境，做到不褪色，不串色、不變形。

月面起飛前亮國旗 模擬圖

上升器太陽翼展開 模擬圖

中國航天科工國旗展示系統設計團隊開展技術研討。中國航天科工集團 供圖

嫦娥五號五星紅旗的平面運動包絡將近2000mm×900mm，但整個系統的重量只有1公斤。「雖然這只是一面薄薄的五星紅旗，但科技含量十分高。」五星紅旗展示系統項目指揮馬威感慨道。

「起飛」

當嫦娥「五姑娘」完成月面工作後，她就要踏上「回娘家」 的旅程。俗話說萬事開頭難，返回地球可不容易，第一步能否「邁好」至關重要，這就涉及到中國航天史上另一個首次——月面起飛上升。

嫦娥五號上升器點火瞬間 國家航天局供圖 張高翔 攝

順利完成月球樣品採樣封裝後，上升器就要準備月面點火起飛，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精確測算，飛行軌道更是一遍遍計算好的。但月面起飛就不一樣了，它沒有一馬平川的起飛地點，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「五姑娘」回家。

圖為12月3日，在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥五號上升器飛行過程。新華社記者 金立旺 攝

嫦娥五號上升器在月面點火。國家航天局 供圖

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。

上升器點火起飛 國家航天局 供圖

此外，上升器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。

月面起飛 模擬圖

為了確保上升器能夠順利起飛上升，中國航天科技集團五院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。

12月3日23時10分，「滿載而歸」的嫦娥五號上升器從月面起飛，實現中國首次地外天體起飛。後續，在完成交會對接與樣品轉移、環月等待後，嫦娥五號將正式啟程返回地球。

新華社海報

【知識多一點】

關於這面五星紅旗的三個「1」

第1面「織物版」五星紅旗

與嫦娥三號、嫦娥四號以及玉兔月球車上的五星紅旗採用噴塗方式不同，嫦娥五號這面「織物版」五星紅旗是一面真正的旗幟。這是五星紅旗在月球表面的又一次成功展示，也讓中國探測器在月球上再次打上「中國標識」。

火工品是整個五星紅旗展示系統中最基礎的一環，如果它無法起爆解鎖，後續動作就無從談起。研製團隊將火工品放在-200攝氏度左右的液氮罐裡和高溫環境下進行幾十次試驗，模擬它在月球極大溫差環境下能否正常使用，確保五星紅旗能順利在月面上緩緩升起。

選材時間超1年

宇宙中擁有很強的電磁輻射，月球表面環境惡劣，溫差可達正負150攝氏度，這就決定了普通五星紅旗無法在月球上使用。科研人員通過高低溫試驗後發現，只有捲軸形式展開的五星紅旗比較平整，不會出現褶皺等情況。

如何保證五星紅旗展開時擁有足夠的強度，保持平整，研製團隊圍繞這一問題做了很多理論研究和模擬試驗。程昌表示，科研團隊在選材上花費的時間就超過1年，最終挑選出了二三十種纖維材料，通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等物理試驗,最終決定採用某新型複合材料，既能滿足強度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證五星紅旗能夠抵禦月表惡劣的環境，做到不褪色，不串色、不變形。

重量只有1公斤

嫦娥五號五星紅旗平面運動包絡將近2000mm×900mm，整個系統的重量只有1公斤。選擇這樣的旗面尺寸是研製團隊經過綜合考慮的結果，目的是儘量突出視場效果，讓相機拍出來的照片既能看到月表、深空，也能看到著陸器；如果五星紅旗太大或太小，照片均無法呈現出豐富的元素。

立項之初，研製團隊先後論證過採用四級杆、三級杆和二級杆等方案，但考慮到複雜性和重量等原因，最終選擇使用二級杆的方式來呈現。

為了控制整個五星紅旗展示系統的重量，研製團隊還對結構進行了優化設計，在選取耐高溫、抗嚴寒材料的基礎上儘量將支架臂做薄、做小。系統使用的支架結構在空間環境中能承受住冷熱交變、空間輻照、極低真空等惡劣環境的考驗。

策劃：自然

編輯：楊倩

綜合整理自央視網、中新網、科技日報、人民日報、新華網、人民日報客戶端

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