嫦娥五號落月輪廓 （圖源：NASA 月球勘測軌道飛行器（LRO）攝）
撰文 | 任知微
責編 | 王一葦
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據微信公眾號「中國探月工程」消息，2020年12月17日凌晨1時59分，「嫦娥五號」月球探測器的返回器成功落地位於內蒙古中部草原的四子王旗航天著陸場。此次探月旅行中，「嫦娥五號」順利將採集到的月球樣品（月壤及月巖）帶回地球，實現了中國首次地外天體起飛和月球軌道無人交會對接。
本文將帶你回顧「嫦娥五號」自籌備、發射到返回過程中的一系列關鍵節點，看看「嫦娥五號」在過去的23天裡都逛了哪些「景點」、拍了哪些「遊客照」。
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籌備階段
2004年，國務院批准探月工程立項，又名「嫦娥工程」，包括繞、落、回三期。顧名思義，第一期太空飛行器的任務是繞月探測，第二期要實現在月面上著陸與巡視，第三期則肩負採樣返回的任務。
在「嫦娥五號」之前，「嫦娥一號」和「嫦娥二號」完成了第一期的繞月任務，「嫦娥三號」和「嫦娥四號」完成了第二期的落月任務。2011年，國務院正式批覆探月工程三期立項，任務是實現月球無人採樣返回。「嫦娥五號」負責執行該項目。
「嫦娥」系列探測器發射時間表 （圖源：中國探月與深空探測網）
嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、著陸器和上升器四部分構成，外形似一串老北京糖葫蘆，在飛行過程中會有四器組合體、著上組合體、軌返組合體等不同姿態，想要控制好這四顆「葫蘆」並非易事。
嫦娥五號探測器構成 （圖源：中國探月與深空探測網）
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發射
11月24日凌晨4時30分，長徵五號運載火箭攜嫦娥五號探測器在中國文昌航天發射場點火升空。當天文昌上空陰雲密布，但仍然可以看到一個橘紅色的明亮光點在夜空的雲層中穿行。火箭飛行約36分42秒後，嫦娥五號探測器被送入地月轉移軌道，標誌著發射成功。地月轉移軌道是探測器從脫離地球引力、飛向月球開始，到被月球引力捕獲、進入環月軌道為止的中間過渡軌道段。
由於受到入軌偏差和控制偏差等因素影響，嫦娥五號探測器在地月轉移的過程中會與理論軌道產生偏差。這時候就需要對實際運行軌道進行修正，以確保探測器處在適當軌道。當日22時06分，嫦娥五號探測器在距離地球約16萬公裡處順利完成第一次軌道修正。
長徵五號運載火箭發射現場 （圖源：央視新聞)
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第二次軌道修正
11月25日22時06分，嫦娥五號探測器2臺150牛（相當於15公斤推力）發動機工作約6秒，在距離地球約27萬公裡處完成第二次軌道修正。此時，嫦娥五號探測器已在軌飛行約41小時，系統狀態良好，地面測控通信各中心和臺站跟蹤正常。
完成軌道修正後的嫦娥五號探測器（圖源：中國航天科技集團有限公司官網）
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第一次近月制動
11月28日20時58分，經過約112小時的飛行，嫦娥五號探測器發動機在距離月面約400公裡處點火，以此獲得推力，形成新的環月軌道。17分鐘後發動機正常關閉，嫦娥五號探測器進入周期約８小時的環月橢圓軌道。第一次近月制動成功。
近月制動示意圖（圖源：新華社）
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第二次近月制動
嫦娥四號重1200公斤，進行近月制動的發動機推力有7500牛頓；而嫦娥五號有8噸重，其近月制動發動機推力卻只有3000牛頓。為了解決重量大但推力小的問題，11月29日20時23分，嫦娥五號探測器在近月點再次「剎車」，實施第二次近月制動，環月軌道由橢圓變為圓形，距月高度減少一半，變為200公裡。這也是嫦娥五號探測器的最終繞月軌道。
嫦娥五號近月制動示意圖 （圖源：航天科技集團八院）
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組合體分離
在經歷地月轉移、兩次近月制動和環月飛行後，嫦娥五號探測器的下一步是著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體分離，「糖葫蘆」分成了兩串。11月30日凌晨4時30分，兩對四器組合體成功分離。軌道器攜返回器留軌運行，著陸器載上升器擇機實施月面軟著陸。
嫦娥五號探測器組合體成功分離三維模擬圖（圖源：新華社發布，北京航天飛行控制中心供圖）
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著陸月面
12月1日23時11分，嫦娥五號探測器在月球正面（永遠朝向地球的半球）西經51.8度、北緯43.1度附近著陸，該地為月球最大的月海——風暴洋的呂姆克山脈以北地區，緯度較高。著陸器配置的降落相機拍下了嫦娥五號探測器在下降過程中的影像圖並傳回。這也是首次有探測器落地於這一區域。
嫦娥五號探測器拍攝的月表畫面（圖源：中國探月與深空探測網）
嫦娥五號探測器軟著陸後降落相機拍攝的圖像 （圖源：中國探月與深空探測網）
探測器降落示意圖 （圖源：中國探月與深空探測網）
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月面採樣
為了獲得儘可能豐富的月球樣品，嫦娥五號探測器採用鑽具鑽取和機械臂表取兩種採樣方式，且在多個地點進行採樣。12月2日4時53分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了鑽取採樣及封裝。12月2日22時，嫦娥五號探測器完成所有月面無人採樣工作，並將２公斤重的月球樣品封裝保存至上升器所攜帶的貯存裝置中。這也是中國第一次自主採集月球樣品。
月球表面自動採集現場 （圖源：中國探月與深空探測網）
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月面上升
12月3日23時10分，嫦娥五號上升器準時點燃引擎，攜帶月球樣品進入預定環月軌道，實現我國首次地外天體起飛。
嫦娥五號上升器飛行過程（圖源：新華網，北京航天飛行控制中心拍攝）
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交會對接與樣品轉移
上升器進入環月飛行軌道後，軌道器和返回器組合體逐步靠近上升器，並在12月6日5時42分以抱爪方式捕獲上升器，順利完成交會對接。所謂抱爪，即像手掌握住木棍一樣，「抓住」上升器連接面上的三根連杆。由此，規返組合體便可與上升器緊密對接。整個對接過程在21秒內完成，1秒捕獲、10秒矯正、10秒緊鎖，步步緊扣。隨後，上升器將月球樣品容器轉移到了返回器上。這是我國太空飛行器首次實現月球軌道交會對接。12月6日12時許，上升器與軌返組合體順利在軌分離。
軌道器與上升器完成交會對接 （圖源：中國探月與深空探測網）
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環月等待與月地轉移
12月12日9時54分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體經歷了大約6天的環月等待，實施了第一次月地轉移入射，類似於「踩一腳油門」，通過軌道機動進入到月地轉移軌道。
在與著陸器和上升器分離之後，嫦娥五號探測器由原先的8噸減輕為2噸。如果沿用大推力發動機，就會導致探測器加速度過大，從而影響軌道入射精度。因此，嫦娥五號探測器採用了多臺小推力發動機同點火的方式。為了達到足夠的飛行速度，又需進行第二次點火。12月13日9時51分， 嫦娥五號軌道器和返回器組合體在距月面約230公裡處實施四臺150牛發動機點火，發動機在大約22分鐘後正常關閉。根據實時遙測數據監視，軌道器和返回器組合體成功進入月地轉移軌道，第二次月地轉移入射成功。
第一次月地轉移入射示意圖 （圖源：中國探月與深空探測網）
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軌道器和返回器分離
2020年12月17日凌晨1時許，在距離地球約5000公裡的高度時，承擔運輸任務的軌道器與返回器成功分離。攜帶著月球樣品的返回器將獨自「歸家」。
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著陸地球
2020年12月17日凌晨1時59分，「嫦娥五號」順利著陸於內蒙古中部草原的四子王旗航天著陸場。這標誌著我國探月工程「三步走」戰略規劃取得成功。
12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，採用半彈道跳躍方式再入返回，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。新華社記者 任軍川 攝
一隻小動物從嫦娥五號返回器前經過