嫦娥五号创造五个“首次”

2020-01-14吴雪

新民周刊 2020年48期

吴雪

12月17日凌晨，嫦娥五号圆满完成我国首次地外天体采样返回任务，返回器携带珍贵的月壤样品，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。中国航天科技集团八院做了35项故障预案，最后一项都没有用到，而此次任务也创造了中国航天史上五个“首次”。

在月球表面自动采样封装阶段，嫦娥五号在月面选定区域着陆，并使出浑身解数采集月壤，实现了我国首次月面自动采样。为此，中国航天科技集团五院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。

当着陆器、上升器组合体顺利软着陆在月球表面后，“嫦娥”为期2天的月面工作就开始了，她采取深钻、浅钻、“铲土”、“挖土”、“夹土”等各种方式，采集约2千克月壤并进行密封封装。

嫦娥五号完成月面工作后，踏上“回娘家”的旅程。这就涉及到突破我国航天史上另一个首次，也是一个高难度科目——月面起飞上升。

月面起飞，与运载火箭在地球起飞经过人工精确测算不同，它没有一马平川的起飞地，更没有成熟完备的发射塔架，着陆器就相当于上升器的发射塔架，托举着“五姑娘”回家。而月球表面环境复杂，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、下凹等不同的地形上，这就给起飞增加了难度。

因此，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。为了确保上升器能够顺利起飞上升，航天科技集团五院嫦娥研制团队进行了大量试验验证，并建立了一整套环环相扣的系统保证任务。

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。但仅仅依靠上升器是不可能实现返回地球的，它需要飞到月球轨道上，在这里与轨道器、返回器组合体交会对接，把采集到的月壤转移到返回器。

但在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接不仅在我国尚属首次，也是人类航天史上的首次。人类此前三次无人月球采样任务，采用的都是月面起飞直接返回地球的方案。

嫦娥五号则实现突破，从上升器进入环月飞行轨道开始，一直到轨返组合体与上升器完成对接与样品转移为止，设计师们为嫦娥五姑娘精心设计了交会、对接、组合体运行、轨返组合体与对接舱分离等一系列关键动作。

此次嫦娥五号任务计划开展月球样品的分析與研究，对月球样品进行系统长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特性、物质组成，深化月球成因和演化历史的研究，极具科学意义。

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，这时它的飞行速度接近11公里/秒的第二宇宙速度，而一般从近地轨道返回的航天器速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。可别小看了这每秒3公里的差距，它就好像扔石头，同样一块石头，从一层扔下来和从十几层楼扔下来的速度肯定不一样。

同理，航天器从数百公里高的近地轨道返回和从38万公里远的月球返回必然不同，且差距巨大。一旦速度过猛，返回器一头撞向地球，后果不堪设想，必须让返回器减速飞行。

为此，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，整个再入返回过程就是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。