嫦娥奔明月
2021-04-12泽一
泽一
2007年,嫦娥一号任务实现绕月探测,2009年3月受控撞月。
2010年,嫦娥二号验证探月工程二期部分关键技术,获得国际最高7米分辨率全月图和月球虹湾地区1.5米高分辨率局部影像图;还飞行至150万公里远的日地拉格朗日L2点进行环绕探测,以及对700万公里外的图塔蒂斯小行星进行高精度飞越探测,不断刷新中国高度。
2013年,嫦娥三号成功落月并开展月面巡视勘察,探月工程“绕、落、回”三步走的第二步全面实现。
2014年,再入返回飞行试验任务圆满成功,突破并掌握了航天器以接近第二宇宙速度的再入返回关键技术。
2018年12月8日,由长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,将实现人类首次月球背面软着陆和巡视探测。
2020年11月24日4时30分,我国在中国文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道,开启“探月工程”的第六次任务。这是长征系列运载火箭的第353次发射,嫦娥五号任务是探月工程“绕、落、回”三步走战略的收官之战,也是中国航天迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。
一
“嫦娥五号任务有望创造多个‘中国首次,如我国航天探测器首次开展在地外天体的采样与封装、首次在地外天体起飞、首次开展月球轨道交会对接、首次携带样品高速再入地球等。”嫦娥五号总指挥、总设计师杨孟飞说道。
在此次任务中,嫦娥五号将经历11个飞行阶段,20余天的在轨飞行过程,嫦娥五号在月面选定区域着陆,采集约2公斤月球样品返回地球,助力深化月球成因和演化历史等科学研究。嫦娥五号的主要科学任务是开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察,获取与月球样品相关的现场分析数据,建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系;以及对月球样品进行系统、长期的实驗室研究,分析月壤的结构、物理特性、物质组成等。
说到采集月壤,过去美国和苏联都搞过无人采样,也搞过有人采样。当年美国是通过载人登月的方式人工采集,而中国是自动化采集。事实证明,有人采样是容易的。到现在为止,全世界人类从月球上拿回来的样品有370多公斤,其中370公斤是阿波罗宇航员带回来的,而搞过无人采样的美苏加起来,一共带回都不到半公斤。
回顾几十年前美苏两家太空竞赛般的探月史,我们不难发现,人类渴望到达月球的愿望竟是那么强烈。最初我们只是远距离探索月球:1609年,托马斯·哈里奥特成为使用望远镜观测天空并绘制月球的第一人,随后他完成了首张月球地图的绘制;1610年,伽利略在《星际信使》一书中公布了他对月球的科学观测……到了20世纪,人类开始进入太空时代,也迈出了造访月球的步伐。
在经历许多次失败后,苏联在1959年1月2日成功发射月球1号,经历34小时的飞行之后,从距离月球5965公里的地方掠过。遗憾的是月球1号的撞月目标没有达成,这一任务是月球2号在1959年9月14日完成的,它成为人类在外星球实现硬着陆的第一个物体。之后,苏联马不停蹄地实施了第一次从月球背面拍照的任务。那个年代没有数码技术,月球3号就携带了老式的照相机,拍摄后在探测器上显影,然后用电视摄像机扫描并把信号传回地球,最终月球3号获得了月球背面的图像。
苏联在月球探索方面取得成就的速度也点燃了美国的斗志,美国先后发射了先驱者、徘徊者等探测器,实现了硬着陆。美苏在探月方面的竞争,是冷战时期太空竞赛很重要的一部分。而那时两国的运载火箭技术以及空间飞行器技术都不十分成熟,但是他们通过密度很高的发射尝试多次达到探测目标,也得到了十分宝贵和精确的数据。人类历史上地月空间的环境探测拉开序幕,为后续的探月任务打下了基础。
美国在“水星”计划中将航天员送上太空之后,肯尼迪总统宣布了在20世纪60年代结束之前实现载人登月的目标。前苏联虽然从未正式公开这一目标,但其航天活动也一直在为这个目标做准备。美苏两家在60年代近乎比拼一般的尝试尽管代价极大、失败率极高,但却加深了人类对月球的了解,也为后来的载人登月、月球车、无人采样返回等任务铺平了道路,具有科学和工程上的双重意义。
提到人类载人航天史上最宏伟的篇章,就不得不想到美国的“阿波罗”计划。1969年7月20日,阿波罗11号终于将阿姆斯特朗和奥尔德林送上月球,实现了载人登月的伟大壮举。与美国相比,苏联虽然在探月活动的早期成就辉煌,但由于整体决策晚、计划冒进、存在大量重复建设等等,种种原因导致苏联在太空竞赛中败下阵来。
虽然苏联在载人登月竞赛中输给了美国,但却成功地实施了月球车和无人采样返回任务,取得的成就对于后来的无人深空探索任务有着深远的影响;尽管陷入越战泥潭后,美国对“阿波罗”计划做了裁剪,并且之后人类再也没有离开过近地空间,可“阿波罗”计划对于人类科技和工程水平的进步的确有着巨大的贡献……
二
我国在探月方面最大的一个特点,是起步比较晚,起点比较高。本世纪初,我们还只是有地球卫星,绕着地球转。2001年,党中央、国务院提出一个问题,我们能不能去月球?在那个时候,全世界已经搞了近百次的月球探测,而我们中国还没有。我们既然要搞,就不能够跟外国人走过的路一样,起点高才能追得上。所以,我国2001-2003年间做了一个中国的月球探测的大的规划——两个三步走。从长远来说,首先是“探、登、住”——探月球,登上月球和住下来;短期来说,就是“绕、落、回”无人探测,重点放在“绕、落、回”,走完这三步跨度很大,起点也高。在每一项工作当中,我们都有中国的元素,中国的创新。随着嫦娥一号的发射,我们首发绕月卫星就实现了绕月探测,而且水平相当高。无论从姿态控制,从载荷的配置,从热控,等等,都是当时世界上绕月探测的先进水平。我们还把嫦娥一号的备份改成嫦娥二号,实现了嫦娥二号的跨越式发展。不单把嫦娥一号的技术水平大大提高,同时扩展任务也到达了地月的拉格朗日L2点,又到达了月球和科考站的位置,实现了空间天文台的观测。
嫦娥一号任务是我国探月工程的肇始,也是我国迈向深空的第一步,过程中形成的宝贵经验、优良作风和伟大精神,支撑了后续嫦娥系列任务的成功开展,在我国航天事业发展史上留下了浓墨重彩的光辉一笔,也必将持续为我国月球与深空探测事业的发展提供精神指引和不竭动力。
很快的我们实现了嫦娥三号的落月,那也是在上一个世纪月球探测以后,第一次有飞行器落到月球上,并且实现了精密的避障,准确的降落,在月球行走。由于当时嫦娥五号暂时要放缓脚步,所以嫦娥四号的研制步伐加快了。在经过一番争论以后,决定使它落在了月球的背面。到月球的背面就要解决月球背面的中继通信问题。这是全世界第一个有月球中继通信的着陆器,也是第一个落在月球背面的着陆器,至今仍处于良好工作状态。所以说,嫦娥四号完全体现了中国的智慧和中国的力量,还有中国人的贡献。
三
嫦娥五号这次的任务计划实现了三大工程目标:一是突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月球样品储存等关键技术,提升了我国航天技术水平;二是实现我国首次地外天体自动采样返回,推动我国科学技术重大进步;三是完善探月工程体系,为我国未来开展载人登月与深空探测积累重要的人才、技术和物质基础。在接受新华社访谈时,主持人谷松向叶培建问到嫦娥五号任务面临着哪些巨大困难,他回答说:“太复杂了,嫦娥四号的任务已经很难了,它要落在月球的背面,但本身对于这个动作来说和嫦娥三号并没什么区别,难的是背面的通讯问题。而嫦娥五号就不一样了,如果说到落为止都和前面嫦娥三号打个平手,那后面的一系列动作我们都是没做过的。对月球情况不清楚,还要保证采到东西,這个就很难了。采到东西以后,还要从月球起飞上升,我们从来没有在地外天体上起飞上升过。起飞以后,到了月球轨道,发射的时候交会对接又很难,大追小,没有阻力,碰一下就跑掉了。”
正如叶培建所说,我国现已掌握的地球轨道交会对接采用的小星追大星、用弱撞击的方式实现对接不同,嫦娥五号轨返组合体追上升器属于大星追小星,动能之间很难把握,如果用撞击的方式对接会把上升器撞飞。所以,嫦娥五号采用的停控加抓取的方式,就是在轨道器追上上升器并以相同速度飞行过程中,从后面 “伸手”牵过上升器之后拉紧,实现对接。成功引导嫦娥五号实现首次月球轨道无人交会对接的关键技术之一是由中国航天科工集团有限公司研制的微波雷达,它是探测器在月球轨道中远距离测量的唯一手段。“与近地轨道相比,月球轨道没有卫星导航等服务资源,微波通信是中远距离的唯一手段。月轨环境更复杂,要克服月球引力影响,所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。”航天科工二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武介绍。12月6日凌晨,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。这是我国首次实现月球轨道交会对接。从上升器进入环月飞行轨道开始,通过远程导引和近程自主控制,轨道器和返回器组合体逐步靠近上升器,以抱爪的方式捕获上升器,完成交会对接。12时35分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体将与上升器分离,择机返回地球,标志着此次探月任务已经完成了最难阶段的任务,距离圆满成功只剩下最后一步。据介绍,嫦娥五号最引人关注的成就就是从月球带回2公斤月壤,这是全世界44年以来的第一次,具有重大的科技探索意义,对于未来新一轮的深空探测也有着重大意义。
月球是怎么来的?月球形成的“撞击假说”认为,它形成于一次地球与一个火星般大小的天体撞击所产生的碎片。月球保存了最早期地球的一些性状,因为从目前观察,月球上的很多东西和地球一样。地球也遭受过很多撞击,但是后面由于地质作用都破坏掉了。而在月球上,很多撞击历史都被完整保持了下来。另一些人认为月球是在宇宙中物体不断碰撞、凝固形成的。一切只有拿到样品才能做出科学判断,我们有了两公斤月壤,科学家便可以做很多很多的研究。
人们的认识是一个发展过程。许多几百年前人们认识的东西,在当时都是无用的,但如今都在改进着人们的生活。对此,叶培建说到,自己是个航天人,要仰望星空。我们现在研究月球上有什么元素,都是从地面进行观测,或者是我们卫星去月球,绕着月球转。但拿到样品进行研究,同从远处看一眼是大不一样的,所以只有到月球把东西拿回来,我们的科学家手里才有样品,才能对月球的构造演化,对将来的开采利用有更准确的科学判断。所以说,宇宙我们一定要去,月球就是第一步。
四
中国航天事业的发展,已经令世界其他国家刮目相看。与有些国家试图抢占尽可能多的“月球领土”不同,中国的嫦娥不是“战神”,而是“和平女神”。中国人的探月工程,是在为人类和平使用月球迈出了新的一步。在不久的未来,模拟载人登月的目标也很快会实现。可以说,嫦娥五号的一小步,可能是实现这一目标的重要铺垫。
“九天揽月星河阔,十六春秋绕落回。”2004年国务院批准了欧阳自远“嫦娥一号”计划,16年来,在党中央、国务院的坚强领导和亲切关怀下,中国探月工程五战五捷,硕果累累。“嫦娥”“玉兔”“鹊桥”……赋予了这些名字的大国重器,正在一步步实现古代人的梦想。中国人用汗水和智慧浇筑一个个丰碑,用理想和情怀丈量一片片星空,迈向星辰大海的步伐必将走得更稳、更远。