嫦娥五號旅月日記

2020年11月24日

“5、4、3、2、1，點(diǎn)火！”凌晨4時(shí)30分，中國文昌航天發(fā)射場。長征五號遙五運(yùn)載火箭尾焰噴薄而出，閃爍著多彩的光芒映透整個(gè)夜空。長征五號全力托舉嫦娥五號向著月球飛馳而去。

早在20世紀(jì)初，航天之父齊奧爾科夫斯基夢想乘坐火箭去其他行星，甚至去恒星旅游，由此創(chuàng)立了著名的火箭理論。此后，曾經(jīng)遙不可及的穹頂再也無法阻止人類的腳步。

從50年前中國成功發(fā)射首顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號，到50年后嫦娥五號首次實(shí)現(xiàn)我國地外天體采樣返回……“歲月不居，時(shí)節(jié)如流?！瘪讽斨?，中國人用一道道壯麗的航跡標(biāo)注著創(chuàng)新的坐標(biāo)。

在一份份宏大絢麗的規(guī)劃面前，中國航天人并沒有那么多豪言壯語，而是選擇用“繞、落、回”三步走的方案，穩(wěn)扎穩(wěn)打地實(shí)現(xiàn)自己的探月目標(biāo)。

經(jīng)過16年努力，中國探月工程取得了“六戰(zhàn)六捷”的優(yōu)異成績，不超預(yù)算、不降指標(biāo)、不拖時(shí)間，如期完成三步走規(guī)劃，圓滿完成我國首次地外天體采樣返回任務(wù)，在月球探測領(lǐng)域向全世界交出了一份亮麗的答卷。

如今，嫦娥不但要奔赴月球，還要帶“回”土壤。

2020年12月1日

23時(shí)11分，嫦娥五號探測器在月球預(yù)選著陸區(qū)成功著陸。

落在哪？12月1日22時(shí)57分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開始實(shí)施動(dòng)力下降，7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)，逐步將探測器相對月球速度從約1.7 公里/秒降為零。

期間，嫦娥五號探測器進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整，逐漸接近月表。此后進(jìn)行障礙自動(dòng)檢測，選定著陸點(diǎn)后，開始避障下降和緩速垂直下降，平穩(wěn)著陸于月球正面風(fēng)暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。著陸過程中，著陸器配置的降落相機(jī)拍攝了著陸區(qū)域影像圖。

月球正面風(fēng)暴洋相對較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，存在大約13億至20億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助于推進(jìn)對月球火山活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)識。它可以填補(bǔ)科學(xué)家對月球火山活動(dòng)研究的一個(gè)重要空白。此前對美、蘇獲取月壤樣品的研究表明，月球上的火山活動(dòng)在35億年前達(dá)到頂峰，然后減弱并停止。但對月球表面的觀測發(fā)現(xiàn)，某些區(qū)域可能含有最近10至20億年前才形成的火山熔巖，這與嫦娥五號著陸地區(qū)的年齡相仿。如果嫦娥五號采回的樣本能夠證實(shí)這段時(shí)間月球仍在活動(dòng)，將改寫月球的歷史。

怎么落？在選定呂姆克山脈以北地區(qū)作為著陸點(diǎn)后，嫦娥五號著陸上升組合體如何在短時(shí)間內(nèi)完成一系列難度系數(shù)很大的動(dòng)作，穩(wěn)穩(wěn)地降落在月球表面？歷經(jīng)主動(dòng)減速、快速調(diào)整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段，嫦娥五號這穩(wěn)穩(wěn)的一落看似輕盈輕松，卻蘊(yùn)藏著科研人員的眾多智慧和積淀。

此次嫦娥五號落月有四大看點(diǎn)。

看點(diǎn)一：“選址準(zhǔn)、落得穩(wěn)”嫦娥五號任務(wù)的落月和近月制動(dòng)一樣，有且只有一次機(jī)會(huì)，必須一次成功。由于涉及采樣后上升器的月面起飛，所以，嫦娥五號落月的過程也是為后續(xù)上升器月面起飛選擇“發(fā)射場”。相較于嫦娥三號、四號，嫦娥五號對于著陸點(diǎn)的位置精度和平整度方面的高要求是空前的，這需要著陸區(qū)域內(nèi)無太高的凸起、無太深的凹坑，坡度要符合任務(wù)要求。為實(shí)現(xiàn)“選址正確、落得準(zhǔn)確”，嫦娥五號采用了嫦娥三號和四號上應(yīng)用的“粗精接力避障”方式。著陸上升組合體在飛到距離月面100米時(shí)會(huì)懸停一下，通過對選定區(qū)域拍照，精確識別選好落點(diǎn)。之后，著陸上升組合體再斜向下飛行，邊下降邊注意避障，飛到選定著陸點(diǎn)的正上方后豎直下降，在距離月面較近時(shí)提前關(guān)閉主發(fā)動(dòng)機(jī)，然后利用著陸腿的緩沖實(shí)現(xiàn)軟著陸。

看點(diǎn)二：著陸緩沖“顯身手”落月的關(guān)鍵在于平穩(wěn)二字。嫦娥五號著陸上升組合體在落月時(shí)，撞擊月面會(huì)形成較大的沖擊載荷，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的著陸緩沖系統(tǒng)，吸收著陸的沖擊載荷，保證探測器不翻倒、不陷落，這是落月的技術(shù)難題之一。著陸緩沖機(jī)構(gòu)，通俗地說，就是嫦娥五號的“腿”。與嫦娥三號的著陸緩沖設(shè)計(jì)方案相比，由于任務(wù)難度增加，嫦娥五號任務(wù)的著陸緩沖能力要求提高了30%，但機(jī)構(gòu)重量指標(biāo)卻減少了5%。嫦娥五號的“腿”繼承了嫦娥三號、嫦娥四號的良好基因，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證收攏簡單、展開可靠，解決了著陸緩沖、著陸穩(wěn)定性等多方面問題，確保嫦娥五號穩(wěn)定可靠地完成與月球的“親密擁抱”。

看點(diǎn)三：“天黑請閉眼”在降落的過程中，嫦娥五號著陸上升組合體距離月面較近時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)激起月塵，容易觸發(fā)月塵污染星敏感器，從而影響上升器后續(xù)的月面起飛。為了不讓月塵“迷了上升器的漂亮眼睛”，科研人員特別設(shè)計(jì)了一個(gè)蓋子。在距離月面一定的高度時(shí)把星敏感器的鏡頭蓋起來，待落月之后月塵散去，再通知星敏感器把蓋子打開，這一睜一閉之間，著陸器和上升器組合體已經(jīng)順利著陸在月亮之上。這一過程被科研人員親切地稱為“天黑請閉眼”。

看點(diǎn)四：定向天線“一線牽”落月牽動(dòng)著國人的心。38萬公里外的嫦娥五號正經(jīng)歷著什么樣的考驗(yàn)？所有的訊息，都需通過著陸上升組合體的一口小小的“鍋”來傳送遙測數(shù)據(jù)。這個(gè)“小鍋”就是定向天線——把探測器上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)射轉(zhuǎn)換裝置。從月球把數(shù)據(jù)發(fā)送回地球，通信的距離相比地面手機(jī)通信遠(yuǎn)了幾萬倍，這就需要采取特殊的對地定向天線來發(fā)送數(shù)據(jù)。科研人員設(shè)計(jì)的定向天線包含了反射面天線輻射器、雙軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了使整器減重，此款反射面天線極致輕量化設(shè)計(jì)，相比同類天線減重40%以上，既輕便又可靠。中國航天科技集團(tuán)五院專家表示，雙軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就像人的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)，驅(qū)動(dòng)反射天線輻射器靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，確?！靶″仭笔冀K對準(zhǔn)地面，向地球傳送嫦娥五號落月的遙測數(shù)據(jù)。

2020年12月2日

22時(shí)，經(jīng)過約19小時(shí)的月面緊張工作，嫦娥五號按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。

通過“表取”和“鉆取”兩種“挖土”模式，這臺中國“最強(qiáng)挖掘機(jī)”在全國人民的“云監(jiān)工”下，順利完成月球表面自動(dòng)采樣。

嫦娥五號任務(wù)是中國目前技術(shù)難度最大、系統(tǒng)組成最復(fù)雜的航天任務(wù)之一。成功著陸在月球后，嫦娥五號探測器將“使出渾身解數(shù)”采集約2千克月球樣本，實(shí)現(xiàn)中國首次地外天體采樣。

科研人員為嫦娥五號精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。探測器隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”，將采取深鉆、淺鉆，以及“鏟土”“挖土”“夾土”等方式，采集“月壤”，并進(jìn)行密封封裝。

根據(jù)日、地、月的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以及工程各種約束條件，嫦娥五號任務(wù)的總周期是22至23天，各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。此次任務(wù)將創(chuàng)造五個(gè)“中國第一”。一是地外天體的采樣與封裝，二是地外天體的起飛，三是月球軌道交會(huì)對接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是月球樣品的分析和研究，這在我國都是首次。

2020年12月3日

23時(shí)10分，嫦娥五號上升器月面點(diǎn)火，約6分鐘后順利將攜帶月球樣品的上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道，成功實(shí)現(xiàn)我國首次地外天體起飛。

沒有一馬平川的起飛地，沒有成熟完備的發(fā)射系統(tǒng)。嫦娥五號月面起飛可謂困難重重，不確定性極大，但在航天科技人員的精心控制和引導(dǎo)下，完成了這一載入中國航天史冊的壯舉。

2020年12月6日

5時(shí)42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器返回器組合體交會(huì)對接，并將月球樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這是我國航天器首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對接。

這份中國最遠(yuǎn)的“宇宙快遞”，在21秒內(nèi)完成一“抱”一“抓”、用一次堪稱“教科書式的對接”，順利完成了月球樣品的轉(zhuǎn)移和接力，讓歷經(jīng)千難萬險(xiǎn)采集到的月球樣品，一氣呵成踏上來地球的路。

2020年12月6日

12月17日凌晨，內(nèi)蒙古四子王旗。在闖過月面著陸、自動(dòng)采樣、月面起飛、月軌交會(huì)對接、再入返回等多個(gè)難關(guān)后，歷經(jīng)重重考驗(yàn)的嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，成功返回地面。

回顧嫦娥五號這舉世矚目的23天，人們一面為它驚險(xiǎn)的太空之旅捏一把汗，一面為它不斷傳回的一條條捷報(bào)而欣喜和感動(dòng)。人們將永遠(yuǎn)銘記，2020年底這次意義非凡的太空之旅。

（編輯/高緯時(shí)）