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嫦娥奔月 筑梦苍穹

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作者:  来源:  时间:2020-12-18

11月24日,嫦娥五号探测器成功发射,标志着中国“探月工程”第三步拉开序幕。12月1日23时许,嫦娥五号成功着陆月球,随后顺利完成采样和其他科学任务,实现高难度的首次“地外天体起飞”,顺利飞离月球表面,完成交会对接,继而踏上返回地球的路程。与前几次探月任务主要不同的是,嫦娥五号将为中国带回月球的第一     土。让我们跟随嫦娥五号的脚步,一起来感受中国航天的伟大一步。

嫦娥五号有望创造四个中国首次
嫦娥工程此前完成了嫦娥一号、二号、三号、四号以及五号T1试验器的任务,每一次任务都在上一次任务的基础上有所突破。这次嫦娥五号的任务就是要力争实现中国的四个首次。
首次在月球表面自动采样:这次任务中,嫦娥五号着陆器与上升器组成的着上组合体在月球表面自主完成了月壤采集,并将样品封装进上升器中。作为首次采样,取多取少不是重点,取到了就是成功。
首次从月面起飞:嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成采样后,上升器从月面起飞将样品带入环月轨道,这是我国的航天器首次从月球表面发射升空。
首次在38万公里外的月球轨道进行无人交会对接:上升器上升到环月轨道后与轨道器、返回器组成的轨返组合体交会对接,把采集样品转移到返回器内。此前我国执行的交会对接都是在环地轨道上进行的,在环月轨道上进行交会对接,距离更远,也更有挑战性。
首次带月壤以接近第二宇宙速度返回地球:以接近11.2公里/秒的第二宇宙速度返回地球虽然不是我国航天工程的新课题,但此次返回器中携带着珍贵的月壤,对于返回器的安全性提出了更高的要求。

“胖五”和“嫦五”可谓门当户对
护送嫦娥五号登月的是有“胖五”昵称的长征五号火箭。“胖五”由中国航天科技集团有限公司一院研制,是我国目前起飞规模最大、运载能力最强的运载火箭。“胖五”身高约57米,起飞重量约870吨,使我国现役火箭的运载能力提升2.5倍。有了长征五号系列,中国可以将更大、更重的航天器送到太空。
透过上面的这些参数,相信大家多少对它的“巨大”会有一个量化的感知。
那么为什么这次嫦娥五号要使用“胖五”来发射呢?因为这位嫦娥五号妹妹可是一位“富贵千金”,与嫦娥家族的几位姐姐相比,嫦娥五号探测器总重量8吨,是我国目前发射的最重的探测器,当然要选择和它匹配、大推力的火箭来运送。
相比于嫦娥一号到嫦娥四号月球探测器,嫦娥五号探测器的结构复杂得多。嫦娥一号与嫦娥二号分别是一颗单独的卫星,嫦娥三号与嫦娥四号也只有一个着陆器与一个巡视器。嫦娥五号则是由轨道器、返回器、着陆器、上升器四大部分组成,就像网友把长征五号火箭爱称为“胖五”一样,很多网友将嫦娥五号爱称为“糖葫芦”。
这四部分中,上升器携带样品从月球表面起飞,进入环月轨道后会作为目标飞行器,与轨道器和返回器组合体进行对接,着陆器携带上升器降落月球表面后留在月球。上升器与轨道器、返回器组合体对接后将月球样品转移到返回器,随后上升器再次分离,成为环月飞行的“卫星”,轨道器将会护送一程,最终返回器独自携带样品返回地球。同时探测器的飞行模式也有多种组合,存在四器组合体,着陆器、上升器组合体,轨道器、返回器组合体等形态,任务全程要经历多种飞行姿态和数十次姿态调整。

凌晨发射最有利于奔月轨道的设计
嫦娥五号是于11月24日4时30分发射的,之所以选择凌晨奔月,首先是为了便于奔月轨道的设计。在火箭发射轨道设计上要考虑到地月相对位置关系,因此相比通信卫星等发射任务约束条件更多。
这次发射嫦娥五号,要在满足地球与月球位置关系的限制、火箭射向和滑行时间的约束、探测器地月转移时间、返回器再入航程等条件下,选择最合适的发射时间,也就是确定火箭的发射窗口。经过综合考虑,长征五号火箭在凌晨发射,最有利于奔月轨道的设计,可以满足各种约束条件。
其次是为了减少太阳活动对嫦娥五号的影响。“胖五”飞向宇宙的时候,正好地球把太阳光遮蔽住,避免有过多太阳辐射对嫦娥五号产生影响。太阳活动对于嫦娥五号来说非常复杂和麻烦,特别是爆发的太阳风会干扰电子信号传播,影响地面科研人员对嫦娥五号的操控。

月亮上的挖土之旅
此次,嫦娥五号的主要任务就是到采样返回,将从月球带回2000克样本,被大家俗称为“挖土”之旅。
月球表面有一层广泛分布的厚2米至15米的月壤,对地球上的人来说,这里蕴藏着巨大的科学价值。月壤中有大量月球岩石碎块、矿物及陨石等物质,科学家通过研究这些月壤物质,既可以了解月球的地质演化历史,也可以为了解太阳活动等提供必要信息。
此外,月壤还拥有丰富资源。科研人员通过研究发现,月壤中含有大量微小橘红色玻璃形式的颗粒,这些颗粒一般富含铝、硫和锌。通过对样品的实验与分析证实,月壤和月岩中氧化铁的含量也很高,从中可以制取水和氧。未来可利用月面物质支持月球基地运行,并为登月飞行器补充燃料。
更重要的是,科学家还在采回的样品中发现了核聚变理想原料氦-3,按照目前地球的能源消耗规模,月球上的氦-3用于核聚变发电后能够满足人类约1万年的能源需求。
最后,由于月壤处于月球最表层,具有松散、细颗粒和易于开采的特点,是未来月球科研站建设、采矿、修路、资源提取的首选目标。
嫦娥五号的任务被称为中国航天史上最难的一项工程,主要体现在新技术多,我们要突破月面采样、月面起飞、交汇对接、高速载入返回等一系列的关键技术。系统组成非常复杂。嫦娥五号的轨道器、上升器、着陆器和返回器各有分工,分工明确。月面发射存在不可控的因素,包括落月位置、月尘冲击等。
嫦娥五号对于中国航天意义重大,其任务本质上可以看作是一次小型无人版的阿波罗载人登月。如最终能够成功完成,相当于为我国航天后续的载人登月进行了一次前期上的技术验证,扫除诸多障碍。这次探测如果圆满成功,中国也将成为全球第三个成功带回月壤的国家。
据《运河之上》节目整理

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