毛主席曾说“可上九天揽月”,我们实现了

2020-12-28 02:39
新传奇 2020年48期
关键词:月壤组合体发射场

嫦娥五号从月球上带回的样本将会分为两份保存:一份保存在北京;另一份保存在湖南。“毛主席曾说过‘可上九天揽月,现在我们实现了‘九天揽月,所以把月壤放到湖南也是对毛主席的一种告慰。”

11月24日4时30分,我国在文昌航天发射场用长征五号遥五运载火箭(俗称“胖五”)成功发射探月工程嫦娥五号探测器。

据了解,嫦娥五号探月任务是中国探月工程“绕、落、回”三步走的最后一步。本次任务难度非常高,可谓“步步惊心”,同时看点也是层出不穷。

为何凌晨“奔月”

嫦娥五号探月任务可用“2+2+2+1”概括。即两次发射:地面发射与月面发射;两次着陆:月面着陆与地球着陆;两次封装:月面封装与月轨封装;一次交会对接:月轨对接。

为何选在凌晨“奔月”?中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器总体副主任设计师李青表示,最佳发射时间取决于任务设计。嫦娥五号探测器最主要的任务是完成月面采样。要保证采样过程中具有最佳测控状态,我们希望在地球的深夜、月球的白昼去完成,这个时候也相当于我们所说的满月状态。此时对月球具有最佳的观测条件,也具有最佳的测控条件,受到这些条件约束,我们经过轨道计算得出最佳发射时间是在凌晨4时30分左右。

为何选在文昌发射场发射

嫦娥五号探测器重8.2吨,由轨道器、返回器、着陆器、上升器4个部分组成。它不仅是目前我国航天探测器中最重的一个,也是系统最复杂的一个。

在长征火箭家族中,只有长征五号火箭可以将这么重的探测器直接送入地月转移轨道。这是对运载火箭能力的集中检验,也是对中国航天能力的最佳注解。

文昌航天发射场与“胖五”实乃天造地设的一对,其最大的优势之一就是所处纬度低。“胖五”选择在文昌航天发射场发射,可以更充分地利用地球自转的离心力,在使用更少推进剂的同时,搭载更多的有效载荷。

此外,文昌航天发射场靠近海边,安全性更高。火箭发射后残骸落区均在海上,最大限度降低了火箭航区和残骸落区的安全隐患。

为何最复杂、最有难度

嫦娥五号任务有望创造五个“中国首次”:一是地外天体的采样与封装;二是地外天体的起飞;三是月球轨道交会对接;四是携带样品高速再入返回地球;五是样品的存储、分析和研究。因此,这次嫦娥五号奔月之旅是中国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。《科学》杂志对此评论称,要成功从月球取回样本,嫦娥五号要跳一场复杂的“深空芭蕾舞”。

12月1日23时,嫦娥五号探测器的着陆器、上升器组合体成功实现在月面预定区域软着陆。这一落看似轻盈,却并非易事。

落月的过程是边飞行边找寻落点。在制导导航与控制系统的指挥下,着陆器和上升器组合体先大推力反向制动快速减速,然后快速调整姿态并对预定落区地形进行拍照识别,避开大障碍,实现“粗避障”。

之后,组合体在飞到距离月面100米时悬停,并再次对选定区域精确拍照,实现“精避障”,再斜向下飘向选定的着陆点,在移动到着陆点正上方后开始竖直下降,最后利用着陆腿的缓冲实现软着陆。

嫦娥五号设计了钻具钻取和机械臂表取两种“挖土”模式,来采集不同类型的月壤。

“挖土”之后的“打包”也是一大挑战,中国探月工程首任总指挥栾恩杰的比喻是“装香肠”:“把钻取的岩芯部分装到一个长形包裹里,像一根香肠一样,把它紧密地封装好,来保护月壤样品不受再入时恶劣环境的影响。”

12月2日22时,经过约19个小时的月面工作,嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自動采样和“打包”。

12月3日23时10分,嫦娥五号成功将携带样品的上升器送入预定环月轨道,这是我国首次实现地外天体起飞。点火起飞前,着陆器、上升器组合体实现月面国旗展开,这是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。之后,上升器与轨返组合体交会对接,将样品转移至返回器中。相比此前,空间实验室天宫一号采取的是撞击式交会对接,这一次采用了全新的轻型化“抱爪式”对接机构,能够在21秒的时间里,“稳、准、狠”地完成任务。

返回时,返回器的飞行速度接近每秒11公里的第二宇宙速度。一旦速度过猛,返回器一头撞向地球,后果不堪设想。

为此,设计师们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”。

挖的土有何用处

嫦娥五号之所以选择在月球上最大的月海——风暴洋北部的吕姆克山脉附近降落并实施采样,是因为这一区域较为“年轻”,之前人类从未探索过。在这里获得新的样本,将有助于推进对月球火山活动和演化历史的认识。

此前,科研人员通过研究发现,月壤中含有大量微小的玻璃形式颗粒,富含铝、硫和锌。通过对样品的分析与研究证实,月壤和月岩中氧化铁的含量很高,从中可以制取水和氧。未来可利用月面物质支持月球科研站的运行,并为登月飞行器补充燃料。更重要的是,月球上还拥有着地球上非常稀有的氦-3,这是一种被公认为未来将被广泛应用的核聚变能源燃料,人们可以利用它实现高效、安全、廉价、清洁无污染发电。

中国探月工程总设计师吴伟仁院士介绍,嫦娥五号从月球上带回的样本将会分为两份保存:一份保存在北京;另一份保存在湖南。“毛主席曾说过‘可上九天揽月,现在我们实现了‘九天揽月,所以把月壤放到湖南也是对毛主席的一种告慰。”

产生巨大的附加效应

在特约评论员杜文龙看来,这次嫦娥五号奔月之旅的成功,代表了我国在月轨道之间掌握了全部技术。无论是通讯系统、发射系统、轨道设计,还是整个舱段的设计,嫦娥五号相关技术体现了中国航天的最高实力和最高水平,也为后续的载人登月和建立月球基地乃至行星探测奠定了坚实基础。

此外,杜文龙表示,月球探测可以为国家经济技术发展产生巨大的附加效应,在材料、通讯、发射、轨道机动技术等领域,都将带来辐射效应。

当年美国的阿波罗计划所衍生出的网络技术、航天技术、卫星实用技术,都已经证明登月工程对于国家综合技术水平有巨大的带动效应。我国的探月工程也必将会对国家的工业体系和创新能力,起到巨大的辐射作用。

(中国新闻网、《中国青年报》等)

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