“长五”送“嫦五” 开启中国首次地外天体采样返回之旅

嫦娥五号探测器是中国首个实施无人月面采样返回的航天器,这是中国探月工程“绕、落、回”三步走的收官之战, 同时也是中国目前技术难度最大、系统组成最复杂的航天任务之一;此次任务将实现中国首次地外天体采样返回。有望实现中国航天史上的五个“首次”。

一为首次月面自动采样。作为此次任务的核心关键之一,月球表面自动采样封装是嫦娥五号任务中最引人注目的一个环节。为此,中国航天科技集团所属中国空间技术研究院的设计师们采用表钻结合、多点采样的方式,精心设计了两种“挖土”模式:钻取和表取。当着陆上升组合体顺利软着陆在月球表面,嫦娥五号将开展为期约 2 天的月面工作,采集约2千克月壤并进行密封封装,经月面起飞、月球轨道交会对接、月地转移和再入回收等过程将月球样品安全送至地球家园。

二为首次月面起飞上升。当嫦娥五号完成月面工作后,它就要踏上“回娘家”的旅程,这就是涉及到突破中国航天史上另一个首次—— 月面起飞上升。顺利完成月壤采样封装后,上升器就要准备月面点火起飞,这是一个高难度科目。月球表面环境复杂,着陆器不一定是四平八稳的状态,很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同地形。这给起飞带来很大难度。此外,探测器还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞时必须依靠航天器“自力更生”,实现起飞时自主定位、定姿。

三为首次月球轨道交会对接。当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后,嫦娥五号一路飞奔而去。但是仅仅依靠上升器是不能返回地球的,它需要飞到月球轨道上,在这里与轨返组合体交会对接,把采集到的月壤转移到返回器。经过多年的实践探索,中国在载人航天领域已经熟练掌握了近地轨道交会对接技术,但是在 38 万公里外的月球轨道上进行无人交会对接不仅在中国尚属首次,而且也是人类航天史上的第一次。

四为首次带月壤高速再入返回地球。当返回器带着月壤,从 38 万公里远的月球风驰电掣般向地球飞来,它的飞行速度是接近每秒 11 公里的第二宇宙速度。一旦速度过猛,返回器将一头撞向地球,后果不堪设想,因此必须让返回器减速飞行。科研人员创新提出了半弹道跳跃式再入返回技术方案,就像在太空打水漂一样,让返回器先是高速进入大气层,再借助大气层提供的升力跃出大气层,然后以第一宇宙速度扎入大气层,返回地面。整个过程环环相扣,确保嫦娥五号能安全顺利地降落在内蒙古四子王旗着陆场。

五为首次自取月球样品的存储、分析和研究。嫦娥五号探测器随身携带各种“神器”,采集约 2千克月壤并进行密封封装并安全送回地球。科研人员将首次对中国自取月球样品进行存储、分析和研究。