嫦娥五號回來了!不僅去月球挖了「土」,還帶回了「玉兔」

2021-01-15 網易


  嫦娥五號的月球之旅結束,還帶回了傳說中的「玉兔」!


  月亮上真的有玉兔?北京時間12月17日1時59分,嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸時,卻被一隻活蹦亂跳的兔子「搶了鏡」。



  不過也有說法說是只狐狸,但不重要,重要的是,它成為了一隻見證歷史性時刻的小動物。


  從11月24日成功發射到12月17日返回地球,嫦娥五號這趟「月球之旅」共經歷了23天,至此,它圓滿完成了首次從月球「挖土」的任務,可謂功不可沒!


  當搜尋隊找到返回器時,第一時間給它全身貼滿暖寶寶(密集恐懼症者慎看),生怕它凍著(內蒙古四子王旗當地溫度低至-26℃)!


  那麼,這23天裡,嫦娥五號到底經歷了什麼?

  嫦娥五號:史上最重的無人探測器

  聊嫦娥五號這趟「月球之旅」前,先來看看嫦娥五號無人探測器本身,以及運載它升空的長徵五號火箭。

  嫦娥五號無人探測器整體重量達8.2噸,粗略計算,相當於8輛小轎車的重量,它是當前人類無人探月史上最重也最複雜的探測器。


  它由軌道器、返回器、著陸器和上升器四部分組成,這四部分組成各有各的職責,然後協作來完成這次探月計劃。


  軌道器相當於汽車的動力系統,負責往返此次月球之旅的動力供給,整個過程都「遊走」在太空,不會著陸月球。

  上升器和著陸器兩者搭配工作,它們會一起與軌道器和返回器分離,然後降落月球,之後,著陸器負責完成打鑽採樣、機械臂抓取採樣等任務;任務完成後,著陸器會將月壤(月球土壤)樣本交給上升器,上升器會帶著月壤樣本離開月球,而著陸器則會留下,正式「移民」月球。


  這期間,返回器都會與軌道器一起在太空「漫步」,等待帶著月壤樣本的上升器回來,與之對接;對接完成後,上升器會將月壤轉交給返回器,然後再次分開。

  分開後的上升器獨自留在外太空,直到嫦娥五號地面控制中心執行命令,上升器才會落到月球,與著陸器相伴成為「月球居民」。

  接下來,軌道器會帶著返回器重返地球,到了地球上空,返回器會與軌道器分離,經過大氣層,最終回到地面;而軌道器的燃料耗盡,只能留在地球外空飄蕩。


  剛剛提到,嫦娥五號探測器組合體達到8.2噸,對於運載它的火箭來說,可是一件不簡單的事。所以,擔此重任是目前運載能力最強大的運載火箭「胖五」——長徵五號。


  長徵五號於2016年11月3日在中國西昌衛星發射中心文昌航天發射場首飛成功,有兩個型號——基本型(CZ-5)和B型(CZ-5B),基本型是二級半構型,B型則是不加第二級的一級半構型,兩者地球同步轉移軌道和近地軌道運載能力將分別達到14噸級、25噸級。


  兩種型號的長徵五號都是採用模塊化設計,芯一級對應5米直徑火箭芯級模塊,芯二級對應5米直徑火箭上面級模塊,助推器對應3.35米直徑火箭助推級模塊。

  有了如此強大的運載火箭,嫦娥五號才能順利進入外太空,進行長達23天的「月球之旅」。

  往返23天,時間都花在了「通勤」上?

  雖然花了23天之久,但嫦娥五號著陸器和上升器在月球表面實際工作的時間只有19個小時,剩下的時間,都花在了「通勤」上。


  11月24日4時30分,嫦娥五號「乘坐」長徵五號運載火箭從文昌航天發射場正式出發,飛行約2200秒後,長徵五號順利將嫦娥五號送入預定軌道。



  11月28日21時15分,嫦娥五號探測器飛行超過112小時後,進入環月軌道。距離月球越來越近,嫦娥五號便開始減速,直到相對速度逐漸低於月球逃逸速度,才能被月球重力吸引。

  11月29日20時23分,再次減速後的嫦娥五號從橢圓環月軌道變為近圓形環月軌道。然後,著陸器和上升器與軌道器分離。


  剛才說到,分離後的軌道器與返回器會繼續留在環月軌道「遊走」。

  12月1日23時11分,著陸器和上升器成功著陸月球表面。


  通過著陸器和上升器上的全景相機環拍,我們能清楚看到月球的「大地」。

  接下來,著陸器和上升器便開始月球表面「挖土」任務,任務採用機械臂取樣、打鑽取樣結合兩種形式。

  12月2日22時,約19小時,著陸器完成了月球表面採樣,並將樣品封裝交給上升器械。需要注意的是,取樣和封裝等過程都是自動完成的。


  12月3日23時10分,嫦娥五號上升器發動機工作約6分鐘,成功進入預定環月軌道,這也是中國首次實現地球之外的天體表面起飛。

  12月6日5時42分,上升器成功與返回器和軌道器在月球軌道交會對接,整個過程持續了6時12分,上升器將月壤樣本轉移到返回器;同樣,這也是中國首次實現月球軌道交會對接。


  12月6日12時35分,上升器與返回器和軌道器再次分離,返回器與軌道器開始返回地球。

  12月17日1時12分,經過10天多的時間,嫦娥五號返回器和軌道器開始分離,分離後的返回器帶著月壤樣品落到地球。


  最後,由那隻兔子(還是狐狸?)守護著返回器,直到地面搜尋隊的來臨。

  如此費勁,就為了挖幾斤「土」?

  你可能會有疑問,如此大費周章的將嫦娥五號送到月球,就是為了挖幾斤「土」?


  有研究過的朋友應該知道,地球土壤是巖石風化形成的細粒礦物質,還有有機質、水、微生物等涵蓋其中。

  但月球上是沒有大氣的,也沒有水和生物活動,而是在太陽輻射和微隕石的轟擊之下,月壤的物理性質發生改變形成的,也就是太空風化的過程。

  關鍵是,由於月球沒有磁場的保護,太陽風也會注入到月壤的粉塵顆粒表面。


  事實上,月壤一大利用價值就在於太陽風。

  氦-3是未來核聚變的可選燃料之一,而氦-3來源於太陽,地球上是沒有的,因為地球磁場的保護,擋住太陽風的同時直接「過濾」掉了氦-3。剛才說了,太陽中的物質會以太陽風形式注入到月壤中,這就包括了氦-3,所以帶回的月壤可以供核聚變使用。


  除了氦-3,太陽風中還有其他來自太陽的物質,所以,通過研究「飽受陽光浴」的月壤,還可以來研究太陽的成分。要知道,月壤可是受到長達30多億年的太陽輻射和太陽風的注入。

  當然,月壤的研究肯定離不開月球本身,等人類完全了解月球的構成之後,將來在月球建立一個基地也不無可能。


  公開信息顯示,人類目前擁有的月壤,來自阿波羅登月計劃的6次任務和蘇聯的3次月球號任務,前者從月球正面的6個不同地點採集並帶回了382公斤的月球樣品,其中約1/3是月壤,後者也採回了300克左右的月壤樣品。


  根據嫦娥五號此前的計劃,這次會帶回來的2千克多的月壤,可以想像,這對於月球的研究,其意義不言而喻。

  雖然中國對於外太空的探索晚於美國等發達國家,但進步是值得肯定的。

  中國探月工程總設計師吳偉仁說到,「2030年之前,我們將在月球南極建設一個科研站基本型…可以在月球上進行蓋房子、打轉、3D列印等工作。」嘖嘖… 你期待嗎?

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