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“嫦娥五號”將挑戰我國航天史上四個“首次”

2020年11月24日05:47 | 來源:人民網-科技頻道
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人民網北京11月24日電(趙竹青)11月24日4時30分,我國長征五號遙五運載火箭在海南文昌航天發射場點火升空,經過2200多秒的飛行,成功將“嫦娥五號”月球探測器送入地月轉移軌道,發射取得圓滿成功。

記者從中國航天科技集團有限公司了解到,作為我國探月工程“繞落回”三步走中的最后收官之戰,“嫦娥五號”將挑戰我國航天史上的四個“首次”。

首次月面自動採樣

作為此次任務的核心關鍵之一,月球表面自動採樣封裝是“嫦娥五號”任務中最引人注目的一個環節。在這個階段,嫦娥“五姑娘”將在月面選定區域著陸,並使出渾身解數採集月壤,實現我國首次月面自動採樣。

為實現這一創新突破,來自航天科技集團五院的設計師們採用表鑽結合,多點採樣的方式,精心設計了兩種“挖土”模式:鑽取和表取。

具體來說,當著陸上升組合體順利軟著陸在月球表面,“嫦娥五號”就開始了為期約2天的月面工作。她隨身攜帶的鑽取採樣裝置、表取採樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”,將科學分工,精密配合,採取深鑽、淺鑽、“鏟土”、“挖土”、“夾土”等各種方式,採集約2千克月壤並進行密封封裝,經月面起飛、月球軌道交會對接、月地轉移和再入回收等過程將月球樣品安全送至地球家園。

首次月面起飛上升

當嫦娥“五姑娘”完成月面工作后,她就要踏上“回娘家”的旅程。俗話說萬事開頭難,想回娘家可不容易,第一步能否“邁好”至關重要,這就是涉及到突破我國航天史上另一個首次——月面起飛上升。

順利完成月壤採樣封裝后,上升器就要准備月面點火起飛了,這是一個高難度科目。眾所周知,運載火箭在地球起飛是有一套完備的發射塔架系統的,點火起飛位置也經過了精確測算,飛行軌道也是一遍遍計算好的。而月面起飛就不一樣了,它沒有一馬平川的起飛地,更沒有成熟完備的發射塔架,著陸器就相當於上升器的發射塔架,托舉著“五姑娘”回家。

再加上月球表面環境復雜,著陸器不一定是四平八穩的狀態,很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。這就給起飛帶來了很大的難度。

此外,起飛時需要克服地月環境差異、發動機羽流導流空間受限等難題。月面起飛的時候,還無法像運載火箭一樣在地面發射前由地面人員完成測調和確認,必須依靠航天器“自力更生”,實現起飛時自主定位、定姿。

不過,這些都難不倒“嫦娥”的設計師們。據了解,為了確保上升器能夠順利起飛上升,航天科技集團五院“嫦娥五號”研制團隊進行了大量的試驗驗証,並建立了一整套環環相扣的系統保証任務,為“嫦娥五號”勝利邁出回家一步保駕護航。

首次實現月球軌道交會對接

當著陸器托舉上升器實現月面起飛上升后,嫦娥“五姑娘” 一路飛奔而去。但是僅僅依靠上升器是不可能實現返回地球的,它需要飛到月球軌道上,在這裡與軌返組合體交會對接,把採集到的月壤轉移到返回器。

經過幾十年的實踐探索,我國在載人航天領域已經熟練掌握了近地軌道交會對接技術,但是在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,而且也是人類航天史上的第一次。

人類此前三次無人月球採樣任務,由於無法掌握月球軌道無人交會對接技術,採用的都是月面起飛直接返回地球的方案﹔而“嫦娥五號”則是採用具有世界先進水平的月球軌道交會對接技術,這為研制團隊帶來了極大的挑戰。

為此,從上升器進入環月飛行軌道開始,一直到軌返組合體與上升器完成對接與樣品轉移為止,設計師們為嫦娥“五姑娘”精心設計了交會、對接、組合體運行、軌返組合體與對接艙分離等一系列關鍵動作,助推“嫦娥五號”實現完美對接。

首次帶月壤高速再入返回地球

當返回器帶著月壤,從38萬公裡遠的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航天器速度大多為每秒8公裡的第一宇宙速度。

可別小看了這每秒3公裡的差距。就好像扔石頭,同樣一塊石頭,從一層樓扔下來的速度和從十幾層樓扔下來速度肯定不一樣。同理,航天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,且差距巨大。一旦速度過猛,返回器一頭撞向地球,后果不堪設想。因此,必須讓返回器減速飛行。

為此,航天科技集團五院“嫦娥五號”探測器的設計師們創新提出了半彈道跳躍式再入返回技術方案,就像在太空“打水漂”一樣,整個再入返回過程就是讓返回器先是高速進入大氣層,再借助大氣層提供的升力躍出大氣層,然后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。

(責編:趙竹青、呂騫)

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