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著陸畫(huà)面!第一視角看嫦娥五號(hào)落月全程
最后更新: 2020-12-02 10:39:31據(jù)國(guó)家航天局網(wǎng)站消息,12月1日23時(shí)11分,嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近的預(yù)選著陸區(qū),并傳回著陸影像圖。
12月1日22時(shí)57分,嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開(kāi)始實(shí)施動(dòng)力下降,7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī),逐步將探測(cè)器相對(duì)月球速度從約1.7公里/秒降為零。期間,探測(cè)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(cè),選定著陸點(diǎn)后,開(kāi)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(guò)程中,著陸器配置的降落相機(jī)拍攝了著陸區(qū)域影像圖。
成功著陸后,著陸器在地面控制下,進(jìn)行了太陽(yáng)翼和定向天線展開(kāi)等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作,將正式開(kāi)始持續(xù)約2天的月面工作,采集月球樣品。
嫦娥五號(hào)探測(cè)器動(dòng)力下降過(guò)程降落相機(jī)拍攝的圖像。供圖:國(guó)家航天局
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為什么要選呂姆克山附近作為著陸地點(diǎn)?
12月1日22時(shí)57分,嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開(kāi)始實(shí)施動(dòng)力下降,7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī),逐步將探測(cè)器相對(duì)月球速度從 約1.7 公里/秒降為零。期間,探測(cè)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(cè),選定著陸點(diǎn)后,開(kāi)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)。
嫦娥五號(hào)著陸地點(diǎn)(紅圈處):呂姆克山脈 中新社資料圖
“嫦娥五號(hào)”之所以選擇在月球上最大的月?!L(fēng)暴洋北部的呂姆克山脈附近降落并實(shí)施采樣,是因?yàn)榭茖W(xué)家認(rèn)為,這一區(qū)域比起之前美國(guó)和前蘇聯(lián)落月采樣的區(qū)域,從地質(zhì)上來(lái)說(shuō),可能存在比較年輕的玄武巖,如果能獲得這里新的樣本,將有助于推進(jìn)對(duì)月球火山活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)識(shí)。
據(jù)中新網(wǎng)報(bào)道,此前,美國(guó)阿波羅計(jì)劃從月球累計(jì)帶回380多千克月球樣品,蘇聯(lián)依靠無(wú)人飛行器分3次共獲得了300余克月壤;但美國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)家的航天器均未到訪過(guò)呂姆克山脈附近。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)探月工程首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)曾表示,中國(guó)選擇的著陸點(diǎn)距離阿波羅計(jì)劃著陸點(diǎn)有上千公里距離,將會(huì)迎來(lái)新的現(xiàn)象、新的發(fā)現(xiàn)。
全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩告訴中新社記者,月球正面風(fēng)暴洋相對(duì)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(duì)月球火山活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)識(shí)。它可以填補(bǔ)科學(xué)家對(duì)月球火山活動(dòng)研究的一個(gè)重要空白。
嫦娥五號(hào)探測(cè)器軟著陸后降落相機(jī)拍攝的圖像 供圖:國(guó)家航天局網(wǎng)站
“據(jù)月球科學(xué)家介紹,此前對(duì)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(duì)月球表面的觀測(cè)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(hào)著陸地區(qū)的年齡相仿。如果嫦娥五號(hào)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(xiě)月球的歷史?!饼嬛普f(shuō)。
嫦娥五號(hào)太空中兩次“剎車(chē)”
嫦娥五號(hào)經(jīng)歷了兩次太空“剎車(chē)”。
自從2020年11月24日發(fā)射以來(lái),嫦娥五號(hào)經(jīng)過(guò)112小時(shí)的飛行,11月28日才來(lái)到月球附近。
嫦娥五號(hào)到了月球附近后,點(diǎn)燃3000牛頓推力的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)反推“剎車(chē)”,經(jīng)過(guò)17分鐘的剎車(chē)減速,速度降低到能被月球引力捕獲的程度,成功進(jìn)入周期為8小時(shí)的環(huán)月軌道。但此時(shí)的環(huán)月軌道并不是最終的軌道,只是一道臨時(shí)的橢圓軌道,嫦娥五號(hào)還要進(jìn)行一次近月點(diǎn)剎車(chē),才能把橢圓軌道變成圓軌道。
2020年11月29日20時(shí)23分,嫦娥五號(hào)探測(cè)器在近月點(diǎn)再次“剎車(chē)”,從橢圓環(huán)月軌道,進(jìn)入變?yōu)榻膱A形環(huán)月軌道,軌道高度距離月面約200千米。
嫦娥五號(hào)太空“剎車(chē)” 供圖:微信公眾號(hào)“中國(guó)探月工程”
據(jù)央視新聞介紹,近月制動(dòng)是嫦娥五號(hào)探測(cè)器飛行過(guò)程中關(guān)鍵的軌道控制之一。只有順利完成這一步,探測(cè)器才能進(jìn)入月球軌道繞月飛行,并實(shí)現(xiàn)后續(xù)的著陸和采樣。
簡(jiǎn)單地說(shuō),地月轉(zhuǎn)移軌道就像一條從地球通往月球的高速路,而火箭與探測(cè)器的分離點(diǎn),就是這條高速路的入口。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間飛行,嫦娥五號(hào)探測(cè)器在即將到達(dá)月球的時(shí)候就要從出口駛離高速,就需要它將速度降下來(lái),這樣才能夠到達(dá)環(huán)月軌道。
航天科技集團(tuán)八院 嫦娥五號(hào)探測(cè)器副總指揮 張玉花:靠近月球的時(shí)候,要減速被月球引力捕獲,然后在靠近月球軌道的近地點(diǎn)的時(shí)候,我們要點(diǎn)火,然后形成環(huán)月軌道,這個(gè)就是近月制動(dòng)的功能了。對(duì)它如果不踩剎車(chē)的話(huà),它就從月球邊上飛過(guò)去了。
張玉花介紹,近月制動(dòng)的這一腳剎車(chē),在嫦娥一號(hào)任務(wù)時(shí)候就已經(jīng)掌握,但不同的是,這一次的近月制動(dòng)對(duì)于精度要求更高。
張玉花:因?yàn)槲覀冸x開(kāi)地球奔月的時(shí)候可能是十點(diǎn)幾公里的速度,然后繞月的時(shí)候可能就是三點(diǎn)幾公里的速度,我們的3000牛發(fā)動(dòng)機(jī)要比較長(zhǎng)時(shí)間的點(diǎn)火,在靠近近月點(diǎn)的前一段到后面那一段要點(diǎn)十幾分鐘。
通過(guò)近月制動(dòng),嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功到達(dá)月球軌道之后,才能夠繼續(xù)開(kāi)展后續(xù)月球采樣的相關(guān)準(zhǔn)備工作。所以,近月制動(dòng)也是后續(xù)工作展開(kāi)的重要基礎(chǔ)。
11月30日04時(shí)40分左右,嫦娥五號(hào)的“著陸器和上升器組合體”與“軌道器和返回器組合體”成功分離。
12月1日23點(diǎn)左右,“著陸器和上升器組合體”開(kāi)始在反推發(fā)動(dòng)機(jī)的托舉下徐徐落向月面,“軌道器和返回器組合體”則繼續(xù)沿著原來(lái)的軌道繞月飛行。
嫦娥五號(hào)的“著陸器和上升器組合體”與“軌道器和返回器組合體”成功分離 供圖:微信公眾號(hào)“中國(guó)探月工程”
為何只擬獲取2公斤樣品帶回地球?
我國(guó)通過(guò)嫦娥一號(hào)到嫦娥四號(hào)多次任務(wù)的技術(shù)積累,希望在嫦娥五號(hào)月球采樣任務(wù)中能夠達(dá)到公斤級(jí)的目標(biāo)。而為了保證任務(wù)的成功,并結(jié)合火箭運(yùn)載能力,采樣2公斤是一個(gè)較為合理的結(jié)果。
國(guó)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(shè)計(jì)師 裴照宇:我們以?xún)晒镒鳛檩斎肴ピO(shè)計(jì)探測(cè)器,這個(gè)探測(cè)器就達(dá)到了8.2噸。如果我們要增加樣品的量,整個(gè)探測(cè)器很多指標(biāo)都會(huì)增長(zhǎng),就會(huì)超過(guò)火箭的運(yùn)載能力。
為了提高采樣的可靠性,增加樣品的多樣性,嫦娥五號(hào)任務(wù)將通過(guò)鉆取和表取兩種方式采集樣品。
國(guó)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(shè)計(jì)師 裴照宇:比如說(shuō)鉆取,初步考慮是0.5公斤,表取是1.5公斤,這是我們的設(shè)計(jì)安排。
裴照宇表示,嫦娥五號(hào)任務(wù)的主要目標(biāo)是完成月球采樣并返回。當(dāng)著陸器成功著陸月球表面后,要在有限時(shí)間里完成地形勘察、鉆取和表取等多項(xiàng)工作。盡管設(shè)定了2公斤的采樣量,但這并不能作為最終衡量任務(wù)成敗的標(biāo)準(zhǔn)。
嫦娥五號(hào)咋“挖土”?
嫦娥五號(hào)任務(wù)是中國(guó)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(hào)探測(cè)器將開(kāi)展為期約2天的月面工作,“使出渾身解數(shù)”采集約2千克月球樣本,實(shí)現(xiàn)中國(guó)首次地外天體采樣。
科研人員為嫦娥五號(hào)精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式:鉆取和表取。探測(cè)器隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)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,采集約2千克“月壤”,并進(jìn)行密封封裝。
“我們的目標(biāo)是兩公斤,經(jīng)過(guò)論證,兩公斤是數(shù)量上不算少,工程上可實(shí)現(xiàn)?!敝袊?guó)國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇說(shuō),“但是作為對(duì)這次任務(wù)的考核,我們的目標(biāo)是采樣返回,采到樣品、返回地球,就是成功。不管帶多少,都是成功?!?
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(hào)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(guó)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(duì)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(guó)都是首次?!迸嵴沼钫f(shuō)。
嫦娥五號(hào)如何返回?
完成月壤采樣封裝后,嫦娥五號(hào)將踏上回家之路。把月球“特產(chǎn)”帶回地球,這可不是一件簡(jiǎn)單的事。
邁好第一步至關(guān)重要,這涉及到突破我國(guó)航天史上另一個(gè)首次——月面起飛上升。
這是一個(gè)高難度科目。以往都是地面固定發(fā)射,有一套完備的發(fā)射塔架系統(tǒng),點(diǎn)火起飛位置、飛行軌道都經(jīng)過(guò)精確測(cè)算。在環(huán)境復(fù)雜的月面,以著陸器為平臺(tái)發(fā)射上升器,沒(méi)有平坦規(guī)整的起飛地,沒(méi)有成熟完備的發(fā)射塔架,更沒(méi)有地面人員測(cè)調(diào)確認(rèn),怎么導(dǎo)流、怎么散熱、如何控制,都是新課題。
“著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài),很可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同地形上,這給起飛帶來(lái)難度。此外,還要克服地月環(huán)境差異、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流導(dǎo)流空間受限等難題?!蔽逶杭夹g(shù)專(zhuān)家說(shuō),航天器必須“自力更生”,研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量試驗(yàn)驗(yàn)證,建立起一套環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)保證任務(wù),實(shí)現(xiàn)起飛時(shí)自主定位、定姿。
嫦娥五號(hào)任務(wù)流程圖 圖自微博網(wǎng)友@太空精釀
著陸器托舉著上升器完成月面起飛上升,但僅僅依靠上升器是不可能返回地球的。它需要飛到月球軌道上,與軌道器和返回器組成的“返地戰(zhàn)隊(duì)”(軌返組合體)交會(huì)對(duì)接,像傳接力棒一樣,把月壤轉(zhuǎn)移到返回器。
經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐探索,我國(guó)在載人航天領(lǐng)域已經(jīng)熟練掌握了近地軌道交會(huì)對(duì)接技術(shù),但是在月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接,不僅是我國(guó)首次,在人類(lèi)航天史上也前所未有。
“繞、落、回”三步走迎來(lái)收官,嫦娥系列還將實(shí)施第二次采樣返回
“探、登、駐”,“繞、落、回”——這是中國(guó)探月工程的關(guān)鍵六字。
2004年1月,我國(guó)月球探測(cè)工程全面啟動(dòng),分為“無(wú)人月球探測(cè)”“載人登月”和“建立月球基地(短期駐扎)”三個(gè)階段;而“無(wú)人月球探測(cè)”又分為“繞、落、回”三步走,即實(shí)現(xiàn)環(huán)繞月球探測(cè),實(shí)現(xiàn)月面軟著陸和自動(dòng)巡視勘察,實(shí)現(xiàn)無(wú)人采樣返回。嫦娥五號(hào)發(fā)射,標(biāo)志著中國(guó)探月工程“繞、落、回”三步的最后一步即將完成,“探、登、駐”三大步第一階段開(kāi)始收官。
在嫦娥五號(hào)任務(wù)中,最終攜帶樣品返回地球事關(guān)任務(wù)成敗。我國(guó)此前尚沒(méi)有地球軌道以外的航天器完成過(guò)再入大氣層的返回、著陸與回收經(jīng)歷。2014年11月1日,為嫦娥五號(hào)探路的再入返回試驗(yàn)器“嫦娥5T”按既定方案平安著陸,為嫦娥五號(hào)再入返回積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
2014年10月發(fā)射的嫦娥五號(hào)T1試驗(yàn)器拍攝的地球和月球合影 供圖:國(guó)家航天局
探月工程,是我國(guó)繼人造地球衛(wèi)星、載人航天飛行取得成功后,我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的又一里程碑,開(kāi)啟中國(guó)人走向深空探索宇宙奧秘的時(shí)代。從嫦娥一號(hào)拍攝的全月球影像圖,到嫦娥二號(hào)首次實(shí)現(xiàn)我國(guó)對(duì)小行星的飛躍探測(cè),再到嫦娥三號(hào)成功實(shí)現(xiàn)落月夢(mèng)想、嫦娥四號(hào)實(shí)現(xiàn)人類(lèi)探測(cè)器首次月背軟著陸揭開(kāi)月球背面神秘面紗……
后續(xù),中國(guó)探索月球的步伐依舊穩(wěn)?。烘隙鹆?hào)、嫦娥七號(hào)、嫦娥八號(hào)等探測(cè)器還將實(shí)施第二次采樣返回、月球極區(qū)資源詳查以及一些關(guān)鍵技術(shù)的月面試驗(yàn)和技術(shù)利用。
十六春秋繞落回,九天攬?jiān)聣?mèng)成真。“嫦娥五號(hào)是我國(guó)無(wú)人月球探測(cè)的收官之戰(zhàn)。我們已經(jīng)進(jìn)行了繞月探測(cè)、落月探測(cè),這次要取樣返回。以后,我們還要建月球基地,載人登月也在籌備當(dāng)中?!睂?duì)于嫦娥五號(hào)奔月,歐陽(yáng)自遠(yuǎn)滿(mǎn)懷期待:“我們還要探測(cè)太陽(yáng)系的其他行星,向星辰大海挺進(jìn)。未來(lái),中國(guó)航天的前景十分宏偉,希望它一步步完成艱巨的任務(wù)?!?
本文系觀察者網(wǎng)獨(dú)家稿件,未經(jīng)授權(quán),不得轉(zhuǎn)載。
- 原標(biāo)題:著陸畫(huà)面!第一視角看嫦娥五號(hào)落月全程
- 責(zé)任編輯: 于文凱 
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