嫦娥五號探測器成功發射

2020-12-22 杭州網

11月24日凌晨4時30分,中國文昌航天發射場,又一次「重量級」發射舉世矚目。長徵五號遙五運載火箭點火升空,託舉嫦娥五號探測器至地月轉移軌道,開啟我國首次地外天體採樣返回之旅。

這次發射,是中國探月工程「繞、落、回」三步走發展規劃中的收官之作。繼嫦娥一號任務實現繞月探測、嫦娥三號任務實現落月探測之後,嫦娥五號任務將實現月球表面無人採樣返回,標誌著我國將圓滿完成探月工程「三步走」戰略規劃。

而且,這一任務的重大意義,不僅僅是從月球「挖土」回來那麼簡單。國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設計師、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇表示,嫦娥五號任務既是收官之作,又是我國未來月球探測的奠基之作,將為我國未來開展載人登月與深空探測積累重要的人才、技術和物質基礎,是我國航天技術的一次重大跨越。

那麼,嫦娥五號探測器長啥樣,這一號稱中國航天史上最為複雜的任務有什麼特點?經社君總結了幾組數字,讓你能夠快速認識這位嫦娥「五姐」。

1

8200公斤、4器  

我國最重的航天探測器

上圖:嫦娥五號探測器。(圖片來源:中國航天科技集團)

嫦娥五號探測器由四部分組成,從上到下依次是上升器、著陸器、返回器和軌道器,有點像糖葫蘆串在一起。

上圖:嫦娥五號探測器的四部分。(圖片來源:國家航天局)

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,這四個器的功能從名字上大致就能理解:上升器主要攜帶樣品從月球表面起飛;著陸器要在月球表面著陸;返回器的功能是攜帶月球的樣品返回地球;軌道器主要承擔各個不同的軌道上飛行的功能。

與嫦娥家族的幾位姐姐相比,嫦娥五號探測器總重量8200公斤,是我國目前發射的最重的探測器。相比於嫦娥一號到嫦娥四號的月球探測器,嫦娥五號探測器的結構複雜得多。嫦娥一號與嫦娥二號分別是一顆單獨的衛星,嫦娥三號與嫦娥四號也只有一個著陸器與一個巡視器。

2

11個階段、23天  

最複雜、難度最大的航天任務之一

嫦娥五號任務是我國航天領域迄今最複雜、難度最大的任務之一。看看它的整個飛行階段,居然劃分為11個階段 !

上圖:嫦娥五號飛行的11個階段。(圖片來源:國家航天局)

從任務的操作來看,包括兩次發射——地面發射與月面發射,兩次著陸——月面著陸與地球著陸,兩次封裝——月面封裝與月軌封裝,一次交會對接——月軌對接。

這其中,專家給劃出了重點,月面採樣、月面上升、交會對接、高速再入返回地球是最新、最關鍵的技術環節。

那麼,嫦娥五號大概需要多久才能返回地球?

專家介紹,根據日、地、月的運動關係,以及工程各種約束條件,整個任務過程大約23天。最終,嫦娥五號著陸器將降落在我國北部內蒙古的四子王旗。這20多天,可以用「步步驚心、環環相扣」來形容,每一個環節都不能出差錯,才能讓嫦娥五號順利回家。

3

2天、2千克   

或將改寫月球歷史 

上圖:嫦娥五號探測器在月面工作示意圖。(圖片來源:國家航天局)

在月球表面「抓把土」是嫦娥五號探測器的主要任務。科學家通過研究這些月壤物質,既可以了解月球的地質演化歷史,也可以為了解太陽活動等提供必要的信息。

嫦娥五號探測器的採樣區域位於月球正面風暴洋西北部。專家將這一區域形容「年輕的」區域,此前從未有其他國家的探測器到訪過。據介紹,此前對美國和前蘇聯獲取月壤樣品的研究表明,月球上的火山活動在35億年前達到頂峰,然後減弱並停止。但觀測月球表面發現某些區域可能含有最近10億至20億年前才形成的火山熔巖,這與嫦娥五號著陸地區的年齡相仿。如果嫦娥五號採回的樣本能夠證實這段時間月球仍在活動,或將改寫月球的歷史。

落月後,探測器將在月面工作2天,通過機械臂表取和鑽具鑽取兩種方式,計劃採集月球樣品約2千克。

事實上,20世紀六七十年代,美國和前蘇聯先後實現有人和無人月球採樣返回。最近一次月球採樣是由蘇聯在1976年完成,時隔上一次人類成功取得月球樣本已經過去了44年。如果「嫦娥五號」任務成功,中國將成為人類第三個獲取月球樣本的國家。

4

5個首次   

嫦娥五號創新多

上圖:嫦娥五號飛行示意圖。(圖片來源:國家航天局)

此次實施的嫦娥五號任務,創造了多個「中國首次」:一是地外天體的採樣與封裝,二是地外天體的起飛,三是月球軌道交會對接,四是攜帶樣品高速地球再入,五是樣品的儲存、分析和研究。

這其中,每一項都是史無前例的。以月面起飛為例,不同於地球表面的點火發射,有完備的發射塔架系統和精確測算的起飛位置、飛行軌道,月面點火升空沒有一馬平川的起飛地,更沒有成熟完備的發射塔架,都要依靠太空飛行器「自力更生」,實現起飛時自主定位、定姿。

再如月球軌道交會對接,在38 萬公裡外的月球軌道上進行無人交會對接,不僅在我國尚屬首次,也是人類航天史上的第一次。專家介紹,交會對接對於控制精度要求很高,兩個太空飛行器的相對位置誤差不能超過5釐米。而此次交會對接的上升器與軌返組合體重量差異很大,上升器重量約為三四百公斤,軌返組合體則將近2000公斤。這樣一來就不能採用一定速度的碰撞式對接,而要在兩個太空飛行器相對速度為零的狀態下進行對接,這就對太空飛行器的姿態、控制等提出了更高要求。

還有再入返回地球的過程,也是驚心動魄。

當返回器帶著月壤,從月球風馳電掣般向地球飛來,這時它的飛行速度是接近每秒11 公裡的第二宇宙速度,而一般從近地軌道返回的太空飛行器速度大多為每秒8公裡的第一宇宙速度。可別小看了這每秒3公裡的差距,太空飛行器從數百公裡高的近地軌道返回和從38 萬公裡遠的月球返回必然不同。一旦速度過猛,返回器一頭撞向地球,後果不堪設想,必須讓返回器減速飛行。

這時科研人員採用的就是半彈道跳躍式再入返回技術方案,專家將其比作「太空打水漂」,整個再入返回過程就是讓返回器先是高速進入大氣層,再藉助大氣層提供的升力躍出大氣層,然後以第一宇宙速度扎入大氣層,返回地面。整個過程環環相扣,確保嫦娥五號能安全順利地降落在四子王旗著陸場。

5

200公裡,41萬公裡  

「胖五」再出徵

上圖:長徵五號遙五火箭轉運到發射塔架。(圖片來源:國家航天局)

這次出徵,運送嫦娥五號探測器的是長徵五號遙五運載火箭,這也是長徵五號的第二次應用性發射任務。

長徵五號,也就是大家暱稱的「胖五」,總長56.97米,起飛質量867噸。目前,在長徵火箭家族中,只有長徵五號火箭的運載能力可以將8 噸的載荷直接送入地月轉移軌道。

據介紹,長徵五號遙五火箭將嫦娥五號探測器直接送入近地點高度約200 公裡,遠地點高度約41萬公裡的地月轉移軌道。地月轉移軌道是一個大橢圓軌道,探測器與火箭分離進入這一軌道後,不需要自身加速,只要沿著地月轉移軌道飛行,就可以到達近月點附近。

此刻,嫦娥五號正在奔月之旅中堅定前行。讓我們一起祝福嫦娥五號早日完成任務,順利回家!

加油,嫦娥五號!

加油,中國航天!

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