嫦娥五号：开启中国探月新征程

科技舆情分析研究所

月球，是地球唯一的天然卫星，直径是地球的四分之一，质量是地球的八十分之一。月球是离我们最近的星球，地月距离只有约38万公里。

探索月球的意义非凡。首先，月球表面有丰富的矿物资源，尤其是地球上非常稀缺的氦-3，氦-3 是高能且清洁的聚变能源，是未来星际旅行的主要“燃料”，战略意义重大。其次，月球的微重力和极端环境，给部分研究提供了极好的天然条件，在月球建立实验室势必能推动科学技术的发展。最后，人类终将走出地球，而月球是天然的第一站，无论是观测前哨还是宇航中转，月球都具有得天独厚的地理优势。

中国探月工程又称“嫦娥工程”。2004 年，中国正式开展月球探测工程。经过10年的酝酿，中国的探月工程最终确定分“绕”、“落”、“回”三步实施，而每一前期工程都是后期工程的前提和基础。

一期工程——“绕”，实现对月球的全球性、整体性和综合性环绕探测；二期工程——“落”，实现月球软着陆，对月面进行就位探测和巡视勘察；三期工程——“回”，实现月球样品自动取样并安全返回地球。前面的几次任务已经圆满完成，获得了大量的探测数据，成果丰硕。

嫦娥五号完美落月

“嫦”风破浪正当时，“五”动九州揽月回。

11月24日凌晨，中国文昌航天发射场。长征五号遥五运载火箭拖着长长的尾焰，用巨大的轰鸣打破海岸边夜的宁静，全速托举中国探月工程嫦娥五号探测器划过夜空，迈出中国首次地外天体采样返回的第一步。这是中国探月工程“绕、落、回”三步走中的收官之战，更是中国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。

按照计划，嫦娥五号将成为中国首颗从月球采样后起飞的探测器，还将带着自动采集的约2千克月壤归来。

月壤即月球的土壤，对地球人来说蕴藏着巨大的科学价值。为了去月球“挖土”，主要航天国家都“很拼”。

1970 年苏联月球16 号探测器从月球取回了一块101 克的小样本，月球20 号探测器和月球24号探测器则分别采集到了55克与170克样品。

1969年7月至1972年12月间，美国通过阿波罗11 号到阿波罗17 号载人飞船实施了7 次载人登月任务，除了阿波罗13 号因发生故障中途返回，其余6艘飞船皆完成登月，成功将12名航天员送上月球，共带回月壤和月岩样品约382千克。

嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成，任务的科学目标主要是开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察；对月球样品进行系统、长期的实验室研究。

嫦娥五号探测器轨控示意图（2020年12月14日摄）。（国家航天局供图）

科学家们认为，嫦娥五号样本可以填补科学家对月球火山活动理解上的一个重要空白。之前美国和苏联的月球任务所获得的岩石表明，月球上的火山活动在35 亿年前达到顶峰，然后减弱并停止。但通过对月球表面的观测却发现，某些区域可能含有最近10 至20 亿年前才形成的火山熔岩。如果嫦娥五号的样本能证实这段时间月球仍在活动，那么将改写月球的历史。

“我们这次的目标是带回约2 千克月壤。经过论证，2 千克数量上不算少，工程上可实现。但作为对这次任务的考核，我们的目标是采样返回。采到样品返回地球，就是成功。”国家航天局探月与航天工程中心副主任、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇说。

嫦娥五号探月有何难？

嫦娥五号探测器任务技术难点主要表现在轨道设计、月面采样封装、月面起飞上升、月球轨道交会对接与样品转移等方面。

首先是月球轨道设计复杂。因为嫦娥五号探测器的飞行阶段多，各个阶段轨道方案耦合紧密，涉及测控、运载和着陆场的多种限制，约束条件多，飞行过程还涉及月面起飞、轨道交会对接、月地轨道等新的飞行阶段，在以前“绕”和“落”任务中是没有涉及的。飞行过程复杂，轨道设计难度较大，在标称轨道设计方案上还需要考虑推进剂资源受限的情况下制订各种预案，对轨道设计也是全新的挑战。

第二是月面采样封装技术，这是全新的技术，也是嫦娥五号月球无人采样返回任务的核心环节之一。该任务采用钻取和表取结合，多点采样方式，采样装置是全新研制，技术新、难度大，需要考虑飞行任务及探测器的测控、光照条件、电源、热控等各种约束，采样期间面临月面持续高温的工作环境，同时采样任务时序紧张、机构动作多、不确定因素多。

第三是月面起飞上升验证比较难。由上升器、着陆器和月面构成的月面起飞系统，其初始状态源自着陆上升组合体着陆月面的场坪条件、着陆的姿态及方位等条件，月面起飞初始条件无法像运载火箭和导弹一样在地面由地面人员完成测调和确认，必须依靠自主定位定姿方式确定起飞的初始状态。面对倾斜发射的情况，需要明确起飞稳定性的各种因素及其耦合的影响，依靠精确的定姿能力完成空中对准以实现精确入轨。与常规的航天器面临的羽流环境不同，上升器发动机在受限空间中点火是有非常复杂的羽流力热效应，需要通过大量的地面仿真和试验去进行验证。

第四是月球轨道交会对接与样品转移自主要求高。与近地轨道交会对接不同，嫦娥五号月球轨道交会对接没有卫星导航信号的支持，对接与样品转移过程的自主要求很高。同时在月球交会对接过程中，地面测控支持能力受到限制，受到对接机构大小的限制，对接精度要求较高。嫦娥五号探测器对接与样品转移机构在保证对接精度的同时还必须满足样品转移的相关要求。对接机构与样品转移机构的一体化设计，也是该技术研究中的难点。

进入深空探测新时代

中国探月工程是高效、低投入、高产出的典范，与美国动辄数亿美元的探测器相比，性价比极高。

在北京航天飞行控制中心拍摄的工作人员搜索嫦娥五号返回器画面（2020年12月17日摄）。

“中国的探月工程，正是精打细算铺就了探月之路，送嫦娥上天、采月壤返回，充分体现了集中力量办大事的制度优势。”国家航天局探月与航天工程中心主管王正伟说。

未来，中国人探索宇宙的脚步还将走得更远。

“在探测太空的领域，中国不能缺席。”中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说，从奔月到“闯”月、从跟跑到并跑，中国人在不停求索，部分领域已经开始领先。

展望未来，嫦娥六号计划在月球南极进行采样返回。嫦娥七号和嫦娥八号任务目标是建设月球科研站基本型。嫦娥七号计划开展月球极区资源详查，对月球的地形地貌、物质成分、空间环境进行综合探测任务。嫦娥八号除继续进行科学探测试验外，还要进行一些关键技术的月面试验和技术利用。同时，中国也向国际社会发出倡议，希望与世界各国合作，共建国际月球科研站，这将为月球科学探测和月球相关技术的实验提供共享平台。

“这次嫦娥五号肩负着月球采样返回的光荣使命，我们的天问一号也正在飞向火星的路上，我们还要飞得更远，去探测木星、小行星并建设我们的国际月球科研站。中国已经昂首进入了深空探测的新时代。”中国科学院院士、中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远说。