嫦娥五號首次實現(xiàn)我國地外天體采樣返回

創(chuàng)意：《科教導刊》編輯部 陳文斌? 制作：《科教導刊》編輯部 肖顯枝

2020年12月17日凌晨，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平發(fā)出賀電：嫦娥五號任務作為我國復雜度最高、技術跨度最大的航天系統(tǒng)工程，首次實現(xiàn)了我國地外天體采樣返回。這是發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢攻堅克難取得的又一重大成就，標志著中國航天向前邁出的一大步。

2020年11月24日4時30分，我國用目前推力最大的長征五號運載火箭，成功將嫦娥五號月球探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道。長征五號遙五運載火箭發(fā)射升空后，先后實施了助推器分離、整流罩分離、一二級分離以及器箭分離等四次分離。

11月24日22時06分，嫦娥五號探測器3000牛發(fā)動機工作約2秒鐘，順利完成第一次軌道修正，繼續(xù)飛向月球。

11月25日22時06分，嫦娥五號探測器兩臺150牛發(fā)動機工作約6秒鐘，順利完成第二次軌道修正。

根據(jù)測定探測器實際飛行軌道與設計軌道之間的偏差，完成對應的探測器軌道控制，能確保探測器始終飛行在適當?shù)能壍郎稀?/p>

11月28日20時58分，嫦娥五號探測器經(jīng)過約112小時奔月飛行，在距月面約400公里處成功實施3000牛發(fā)動機點火，約17分鐘后，發(fā)動機正常關機。11月29日20時23分，嫦娥五號探測器在近月點再次“剎車”，從橢圓環(huán)月軌道變?yōu)榻鼒A形環(huán)月軌道。

高速飛行的探測器在靠近月球時，實施“剎車”制動，目的是使其相對速度低于月球“逃逸”速度，從而被月球引力捕獲，順利進入環(huán)月軌道。

11月30日4時40分，嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體分離。軌道器和返回器組合體繼續(xù)在平均高度約200公里的環(huán)月軌道上飛行并等待上升器交會對接。

12月1日22時57分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開始實施動力下降，7500牛變推力發(fā)動機開機，逐步將探測器相對月球速度從約1.7公里/秒降為零。期間，探測器進行快速姿態(tài)調(diào)整，逐漸接近月表。此后進行障礙自動檢測，選定著陸點后，開始避障下降和緩速垂直下降，平穩(wěn)著陸于月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。

12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在月球預選著陸區(qū)，并傳回著陸影像圖。在地面控制下，進行了太陽翼和定向天線展開等狀態(tài)檢查與設置工作，將正式開始持續(xù)約2天的月面工作，采集月球樣品。

12月3日23時10分，嫦娥五號上升器3000N發(fā)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(huán)月軌道。這是我國首次實現(xiàn)地外天體起飛。

點火起飛前，著上組合體實現(xiàn)月面國旗展開以及上升器、著陸器的解鎖分離。

嫦娥五號上升器成功將攜帶樣品的上升器送入到預定環(huán)月軌道

12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，并于6時12分將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這是我國首次實現(xiàn)月球軌道交會對接。

從上升器進入環(huán)月飛行軌道開始，通過遠程導引和近程自主控制，軌道器和返回器組合體逐步靠近上升器，以抱爪的方式捕獲上升器，完成交會對接。

12月6日12時35分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離，進入環(huán)月等待階段，準備擇機返回地球。

12月8日6時59分，嫦娥五號上升器按照地面指令受控離軌。7時30分左右降落在月面經(jīng)度0度、南緯30度附近的預定落點。

嫦娥五號上升器受控離軌落月可避免其成為太空垃圾，避免影響國際社會后續(xù)月球探測任務，這是中國作為負責任大國對人類和平探索利用太空的重要承諾。

12月12日9時54分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體經(jīng)歷了約6天的環(huán)月等待，實施了第一次月地轉(zhuǎn)移入射，從近圓形軌道變?yōu)榻曼c高度約200公里的橢圓軌道。月地轉(zhuǎn)移入射的主要目的是通過月球軌道上的軌道機動，使軌道器和返回器組合體進入月地轉(zhuǎn)移軌道。

12月13日9時51分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體實施第二次月地轉(zhuǎn)移入射，在距月面約230公里處成功實施四臺150牛發(fā)動機點火，約22分鐘后，發(fā)動機正常關機。根據(jù)實時遙測數(shù)據(jù)監(jiān)視判斷，軌道器和返回器組合體成功進入月地轉(zhuǎn)移軌道。

12月14日11時13分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體上兩臺25牛發(fā)動機工作約28秒鐘，順利完成第一次月地轉(zhuǎn)移軌道修正。

12月16日9時15分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體上兩臺25牛發(fā)動機工作約8秒鐘，順利完成第二次月地轉(zhuǎn)移軌道修正。

12月17日1時許，軌道器與返回器在距南大西洋海平面高約5000公里處正常解鎖分離。

1時33分，嫦娥五號返回器在距地面高度約120公里處，以接近第二宇宙速度（約為11.2千米/秒）高速進入地球大氣層，實施初次氣動減速。下降至預定高度后，返回器向上躍出大氣層，到達最高點后開始滑行下降。之后，返回器再次進入大氣層，實施二次氣動減速。

1時59分，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品成功著陸，任務獲得圓滿成功。

嫦娥五號

創(chuàng)造五項中國首次

2020年11月24日，長征五號準時并成功發(fā)射，之后探測器地月轉(zhuǎn)移、近月制動、兩兩分離、平穩(wěn)落月、鉆表取樣、月面起飛、交會對接及樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移，12月17日再入返回、安全著陸，整個工程任務現(xiàn)在轉(zhuǎn)入科學研究的新階段。23天的時間內(nèi)，嫦娥五號完成了一次對接、六次分離，兩種方式采樣、五次樣品轉(zhuǎn)移，經(jīng)歷了11個重大階段和關鍵步驟，環(huán)環(huán)相連、絲絲入扣。

嫦娥五號任務創(chuàng)造了五項中國首次，一是在地外天體的采樣與封裝，二是地外天體上的點火起飛、精準入軌，三是月球軌道無人交會對接和樣品轉(zhuǎn)移，四是攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回，五是建立我國月球樣品的存儲、分析和研究系統(tǒng)。

探月工程系統(tǒng)帶動我國航天科技整體發(fā)展

國家航天局探月工程三期總設計師胡浩表示，作為探月工程三期的嫦娥五號任務，和前期任務相比技術跨度較大。前期是在月球上巡視勘察，這次是采樣返回。為了可靠地實施嫦娥五號任務，要突破在月球上采樣返回碰到的新技術，實現(xiàn)在月球上可靠地采樣，把樣品可靠地封裝到真空容器中，在月球上進行轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到自身的返回系統(tǒng)中，整個過程和之前相比都是新的，都是有創(chuàng)新性的。

另外，從月球上采集的樣品返回地球，必須要在月球上升，也就是月面點火起飛，這對我國航天發(fā)展來講，是非常重要的一步，也是前所未有的。

月球軌道的交會對接和地球軌道也有很大不同。目標較小，月球較遠，要求的自主能力就比較強，同時測控手段和支撐條件也有限，因此交會對接是要克服的難點，也是創(chuàng)新點。

從月球軌道回來，再入大氣是以接近第二宇宙速度，這和以前的載人航天和再入任務比，速度快了很多，帶來的熱的影響、控制能力的影響、精度影響都很大，也需要重要突破。

胡浩表示，“五個首次”是這次嫦娥五號任務所面臨的新挑戰(zhàn)。實際上，對整個工程來講，還不止這五個方面。為了帶動航天技術的進步和發(fā)展，提升整體技術空間能力，設計了整個一套工程體系;首次使用長征五號作為發(fā)射平臺，帶動了運載火箭技術的發(fā)展;建立深空測控網(wǎng)，使深空測控能夠達到全球布局，支撐整個任務完成。探月工程系統(tǒng)地帶動了我國航天科技的整體發(fā)展。

探月工程四期和行星探測工程將接續(xù)實施

以嫦娥五號任務圓滿成功為起點，我國探月工程四期和行星探測工程將接續(xù)實施。

明年是“十四五”規(guī)劃的開局之年，國家航天局副局長、探月工程副總指揮吳艷華介紹了我國在“十四五”乃至今后一個時期中國航天將實施的重大工程任務。

圍繞月球探測主題，基本規(guī)劃確定探月工程四期，總共包括四次任務。第一次任務是嫦娥四號月球背面著陸巡視探測。第二次任務是嫦娥六號，將進一步優(yōu)化論證工程目標和科學目標。規(guī)劃當中還有嫦娥七號和八號任務。吳艷華表示，將以此為契機，與有關國家和國際組織合作，共同論證初步建設月球科研站的基本能力或者驗證核心技術。

（來源：人民日報）

107臺發(fā)動機助推嫦娥五號往返地月

11月24日，我國目前推力最大的長征五號遙五運載火箭，成功將嫦娥五號月球探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，開啟了中國探月工程首次地月往返之旅。

漫漫征程中，中國航天科技集團六院研制的107臺大小發(fā)動機將持續(xù)接力，助推嫦娥五號探月、返鄉(xiāng)。

30臺發(fā)動機助推長征五號飛天

中國探月工程，此前實施過5次發(fā)射，均由長征三號甲系列運載火箭完成。而發(fā)射嫦娥五號的重任，首次落在了長征五號運載火箭身上。

記者從六院了解到，長征五號遙五運載火箭配套了30臺火箭發(fā)動機。其中，8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機、2臺50噸級氫氧發(fā)動機及2臺9噸級氫氧發(fā)動機，全部是我國新一代綠色環(huán)保發(fā)動機。

這三型發(fā)動機，均為六院研制團隊歷時近20年為我國新一代運載火箭研制的主動力裝置。它們使長征五號火箭具備了名列前茅的運載能力。

在長征五號遙五運載火箭上，還有六院精心打造的輔助動力系統(tǒng)，它由18臺性能不一的姿控發(fā)動機，以及配套的氣瓶、閥門、管路和貯箱組成，是我國唯一涵蓋增壓氣體裝置、輸送系統(tǒng)、推進劑貯存裝置和推力室的獨立、完整動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝在火箭二級氧箱尾部，負責火箭二級發(fā)動機滑行階段的推進劑沉底管理、姿態(tài)控制和星箭分離前的末速修正。

正是這30臺發(fā)動機，支撐長征五號遙五運載火箭護送嫦娥五號探測器進入預定軌道，開啟探月征程。

推進器研制實現(xiàn)“不可能”的任務

與我國以往探月任務不同，嫦娥五號既要落月探測，又要采樣返回，任務更為復雜艱巨。

嫦娥五號探測器由著陸器、上升器、軌道器、返回器4部分組成。六院為著陸器、軌道器和上升器研制了三套推進系統(tǒng)，這是目前我國空間飛行器上最復雜的推進系統(tǒng)。

據(jù)六院專家介紹，這三套推進系統(tǒng)由77臺大小不同、性能各異的軌姿控發(fā)動機組成。系統(tǒng)性能指標高、質(zhì)量輕、推進劑使用效率高，既能經(jīng)歷嚴酷的溫度環(huán)境，又能適應寬范圍使用溫度。由于系統(tǒng)復雜，對其可靠性也有著更高要求。

為了實現(xiàn)探月三期工程“回”的目標，探測器推進系統(tǒng)面臨極為嚴苛的減重要求。六院團隊在充分評估風險后，作出了著陸器用4臺表面張力貯箱替代4臺金屬膜片貯箱方案的更改，并反復驗證，完成了研制攻關，最終實現(xiàn)減重約26千克。

為了確保嫦娥五號能在月球平穩(wěn)著陸，并從月球返回，六院為探測器量身定做了兩款3臺新型發(fā)動機。其中，軌道器上的1臺3000牛發(fā)動機，將為地月轉(zhuǎn)移、月地轉(zhuǎn)移中途修正、近月制動、離月加速提供推力;上升器上的1臺3000牛發(fā)動機，相當于1枚微縮版運載火箭，將為月面起飛提供推力;探測器月面軟著陸任務，將由1臺7500牛變推力發(fā)動機完成。

記者了解到，相比其他型號發(fā)動機組件，7500牛變推力發(fā)動機的流量調(diào)節(jié)器上，零件加工精度要求極高，公差達微米級，相當于1根頭發(fā)的80分之一。僅1根流量調(diào)節(jié)錐上，就有8處公差為微米級的加工難點。這在行業(yè)內(nèi)通常被認為是絕不可能完成的，航天工匠們卻將這種不可能的任務完美實現(xiàn)。

（來源：科技日報）