“胖五”就位 嫦娥“五妹”即將奔月

  出發(fā) 去月球“挖土”

  任務(wù)難度大

  完成“2+2+2+1”探月飛行:兩次發(fā)射、兩次著陸、兩次封裝、一次交會(huì)對(duì)接

  實(shí)現(xiàn)四個(gè)我國(guó)“首次”:首次在月面自">

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“胖五”就位嫦娥“五妹”將奔月:出發(fā),去月球“挖土”

2020-11-23 15:36:45

來(lái)源:新民晚報(bào)

  “胖五”就位 嫦娥“五妹”即將奔月

  出發(fā) 去月球“挖土”

  任務(wù)難度大

  完成“2+2+2+1”探月飛行:兩次發(fā)射、兩次著陸、兩次封裝、一次交會(huì)對(duì)接

  實(shí)現(xiàn)四個(gè)我國(guó)“首次”:首次在月面自動(dòng)采樣;首次從月面起飛;首次在38萬(wàn)千米外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接;首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球

  研究?jī)r(jià)值高

  “五妹”將在月球正面最大的月海風(fēng)暴洋北部呂姆克山脈附近著陸

  “挖土”取樣地富集鈾、釷、鉀等放射性元素,存在于大約13億至20億年前的玄武巖

  人類(lèi)目前尚未有這一時(shí)段的月壤樣本

  本報(bào)記者 郜陽(yáng)

  這幾天,文昌衛(wèi)星發(fā)射中心熱鬧非凡。一位體重800多噸的客人——被我們親切稱(chēng)為“胖五”的長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭悄然到訪(fǎng)。這回,“胖五”將帶著嫦娥“五妹”奔向月球。而僅在四個(gè)月前,“胖五”陪伴“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器踏上我國(guó)首次火星探索之旅。

  11月17日上午,長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭和嫦娥五號(hào)探測(cè)器在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。垂直轉(zhuǎn)運(yùn)標(biāo)志著長(zhǎng)征五號(hào)火箭和嫦娥五號(hào)探測(cè)器完成了前期總裝、測(cè)試等一系列工作,這對(duì)器件組合體正靜靜等待著倒計(jì)時(shí)的號(hào)令聲。

  遙遠(yuǎn)的月球背面,“四姐”嫦娥四號(hào)著陸器和“玉兔二號(hào)”月球車(chē)已迎來(lái)第24月晝。而作為新的使者,嫦娥五號(hào)將開(kāi)展月表采樣返回任務(wù),替我們帶回月球的第一抔土?!拔迕谩钡倪@次月球之旅,也是我國(guó)航天領(lǐng)域迄今最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一。

  完成“繞落回”目標(biāo)

  作為地球的鄰居,月球?qū)Φ厍虻挠绊懯稚钸h(yuǎn),很多生命現(xiàn)象與月相及月球公轉(zhuǎn)周期息息相關(guān)。

  對(duì)于中國(guó)航天而言,月球更是邁向深空的“前哨站”。早在2004年,中國(guó)正式開(kāi)展月球探測(cè)計(jì)劃,在國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)繞月探測(cè)工程立項(xiàng)后,工程的領(lǐng)導(dǎo)小組便將其命名為“嫦娥工程”,而第一顆繞月衛(wèi)星命名為“嫦娥一號(hào)”。

  大家最常聽(tīng)到的關(guān)于月亮的神話(huà),應(yīng)該就是“嫦娥奔月”了吧——因?yàn)槌粤碎L(zhǎng)生不死之藥,嫦娥飛到天上,居住在月宮。中國(guó)探月工程用這個(gè)神話(huà)傳說(shuō)中的人物來(lái)命名,弘揚(yáng)了中國(guó)傳統(tǒng)文化,也表達(dá)了“奔月”這個(gè)主題。

  2007年,嫦娥一號(hào)發(fā)射升空,開(kāi)啟了我國(guó)月球探測(cè)的第一段旅程。隨后,我國(guó)接二連三地向月球及周邊發(fā)射了一系列航天器。除了大家耳熟能詳?shù)摹版隙稹毕盗兄猓€有2014年發(fā)射的“嫦娥五號(hào)T1”試驗(yàn)器,以及2018年發(fā)射的“鵲橋號(hào)”地月中繼衛(wèi)星等。

  嫦娥工程按計(jì)劃分為無(wú)人月球探測(cè)、載人登月以及建立月球基地三個(gè)階段。從嫦娥“大姐”到“五妹”,都屬于無(wú)人月球探測(cè)階段。而無(wú)人探測(cè)又分“繞”“落”“回”三步走——

  “繞”為第一步。首先實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星繞月飛行探測(cè)。這一階段主要任務(wù)在于研制和發(fā)射能夠探測(cè)月球的衛(wèi)星,衛(wèi)星和火箭的研制為后續(xù)工作鋪路。繞月時(shí)可利用很多儀器對(duì)月球拍照、觀(guān)測(cè)?!奥洹睘榈诙?。探月飛船一般是主飛船繞著月球飛,然后探測(cè)器降落到月球表面。這個(gè)階段要開(kāi)展“軟著陸”和月球表面的勘察?!盎亍睘榈谌健_@個(gè)階段需要能把月球車(chē)采集到的樣品帶回來(lái)的技術(shù)?!盎亍辈皇侵咐@月球飛行的衛(wèi)星回來(lái),而是說(shuō)登上月球的探測(cè)器能回到地球。

  九天攬?jiān)滦呛娱煟呵锢@落回。從嫦娥一號(hào)拍攝的全月球影像圖,到嫦娥二號(hào)首次實(shí)現(xiàn)我國(guó)對(duì)小行星的飛躍探測(cè),再到嫦娥三號(hào)成功實(shí)現(xiàn)落月夢(mèng)想、嫦娥四號(hào)實(shí)現(xiàn)人類(lèi)探測(cè)器首次月背軟著陸揭開(kāi)月球背面神秘面紗……嫦娥“姐妹”們帶著國(guó)人的奔月夢(mèng),一步一個(gè)腳印踏實(shí)向前。即將啟程的嫦娥五號(hào),就要實(shí)現(xiàn)我國(guó)月球探測(cè)“繞、落、回”三個(gè)步驟中的最后一步。順利的話(huà),這次探測(cè)還將讓人類(lèi)在44年后,再次帶回月球饋贈(zèng)的“伴手禮”。

  完成月球“繞、落、回”的目標(biāo),對(duì)中國(guó)航天而言,只是一個(gè)開(kāi)始——“六妹”“七妹”和“八妹”已經(jīng)領(lǐng)命,計(jì)劃實(shí)現(xiàn)月球南極采樣返回,甚至嘗試在月面上“3D打印”房子……

  帶回月球“伴手禮”

  中國(guó)探月工程首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士、被譽(yù)為“嫦娥之父”的歐陽(yáng)自遠(yuǎn)在中科院格致論道講壇上介紹,將要發(fā)射的“嫦娥五號(hào)”會(huì)著陸在月球正面的一個(gè)地方,這個(gè)地方有很多復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題。“我們一定能夠得到很多樣品,大概要采樣2公斤到3公斤的樣品,供全國(guó)的科學(xué)家來(lái)進(jìn)行研究?!?/p>

  雖然月壤在月球上唾手可得,但是對(duì)地球人來(lái)說(shuō)卻蘊(yùn)藏著極大的科學(xué)價(jià)值。月壤是研究月球的樣本,由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽(yáng)風(fēng)轟擊和宇宙射線(xiàn)輻射等空間風(fēng)化作用后形成,其中有大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質(zhì)??茖W(xué)家通過(guò)研究這些月壤物質(zhì),既可以了解月球的地質(zhì)演化歷史,也可以為了解太陽(yáng)活動(dòng)等提供必要的信息。

  每個(gè)打開(kāi)微信的瞬間,你都會(huì)看見(jiàn)這幅熟悉的畫(huà)面:地平線(xiàn)劃出一道微微發(fā)光的弧度,一個(gè)黑色的小人站在上面,凝視著天空中那顆美麗的地球。這不是電腦制作的虛擬圖,而是基于一張真實(shí)的照片,它有個(gè)廣為流傳的可愛(ài)昵稱(chēng):藍(lán)色彈珠——由美國(guó)宇航員尤金·瑟南用哈蘇照相機(jī)在執(zhí)行“阿波羅17”號(hào)登月飛行時(shí)在太空中拍攝。小人腳下的大地,則普遍被認(rèn)為就是月球。

  在1969年7月至1972年12月,美國(guó)通過(guò)“阿波羅11”號(hào)到“阿波羅17”號(hào)載人飛船實(shí)施了7次載人登月任務(wù),除了“阿波羅13號(hào)”因發(fā)生故障中途返回,其余6艘飛船皆完成登月,成功將12名航天員送上月球,共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。而蘇聯(lián)月球16號(hào)探測(cè)器從月球豐饒海取回了一塊101克的小樣本;月球20號(hào)探測(cè)器和月球24號(hào)探測(cè)器則分別從阿波羅尼厄斯高地和月球危海采集到了55克與170克樣品。

  通過(guò)這些月球饋贈(zèng)的“伴手禮”,科學(xué)家們?nèi)〉昧素S碩的成果。研究顯示,月壤中存在氦-3,這種元素具有安全、清潔、高效的能源特點(diǎn)。按照目前地球的能源消耗規(guī)模,月球上的氦-3用于核聚變發(fā)電后,能夠滿(mǎn)足人類(lèi)約一萬(wàn)年的能源需求。

  歐陽(yáng)自遠(yuǎn)是這樣描述此次“挖土”任務(wù)的:“嫦娥五號(hào)會(huì)有一個(gè)鏟子鏟樣品,還會(huì)在月球上打鉆取樣,把所有的樣品取下來(lái)后放在返回艙里面?!睋?jù)了解,嫦娥五號(hào)的取樣地址具有很高的研究?jī)r(jià)值?!拔迕谩睂⒃谠虑蛘孀畲蟮脑潞oL(fēng)暴洋北部呂姆克山脈附近著陸,風(fēng)暴洋相對(duì)較年輕,富集鈾、釷、鉀等放射性元素,該地存在于大約13億至20億年前的玄武巖,而人類(lèi)目前尚未有這一時(shí)段的月壤樣本。

  國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)在近期一篇題為“中國(guó)將取回40年來(lái)的第一塊月球巖石”的文章中提到,嫦娥五號(hào)獲取的樣本將填補(bǔ)科學(xué)家對(duì)月球火山活動(dòng)理解上的一個(gè)重要空白。此前,美國(guó)和蘇聯(lián)的月球任務(wù)所獲得的巖石表明,月球上的火山活動(dòng)在35億年前達(dá)到頂峰,隨后逐漸減弱并停止。但對(duì)月球表面的觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn),某些區(qū)域可能含有最近10億至20億年前才形成的火山熔巖——如果嫦娥五號(hào)的樣本證實(shí)這段時(shí)間月球仍在活動(dòng),那么月球歷史將可能被改寫(xiě)。

  中科院上海技術(shù)物理研究所研究員何志平在第三屆世界頂尖科學(xué)家論壇之青年天文物理會(huì)議上介紹,月球礦物光譜分析儀是嫦娥五號(hào)探測(cè)器上的主要有效載荷,用以完成對(duì)月面目標(biāo)的光譜探測(cè)和分析任務(wù),為采樣區(qū)月表物質(zhì)成分和資源勘察,以及樣品實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果比對(duì)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

  體驗(yàn)太空“打水漂”

  和“姐姐”們相比,“五妹”的結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多,足有4個(gè)主要部件:上升器、著陸器、再入器和軌道器,而嫦娥一號(hào)與嫦娥二號(hào)僅是一個(gè)軌道器,嫦娥三號(hào)與嫦娥四號(hào)也只有一個(gè)著陸器和一個(gè)巡視器。

  從任務(wù)操作來(lái)看,“嫦娥五號(hào)”探月飛行可用“2+2+2+1”概括。即兩次發(fā)射:地面發(fā)射與月面發(fā)射;兩次著陸:月面著陸與地球著陸;兩次封裝:月面封裝與月軌封裝;還有一次交會(huì)對(duì)接:月軌對(duì)接。

  能否將來(lái)自月球的“紀(jì)念品”順利帶回地球,是“五妹”此次奔月之旅成功與否的關(guān)鍵。由于月球與地球的距離遙遠(yuǎn),在離開(kāi)月球返回地球的路上,火箭的速度會(huì)不斷上升,在進(jìn)入地球大氣層時(shí),會(huì)以第二宇宙速度左右的高速再入?!霸懔耍祷嘏摳咚俚刈矒舻厍虻拇髿鈱泳蜁?huì)一直燃燒著,會(huì)把我們采集回來(lái)的樣品全部燒掉?!睔W陽(yáng)自遠(yuǎn)表示,“所以我們采取了一個(gè)辦法,當(dāng)返回艙下降到大氣層彈道一半的時(shí)候,就不能再下降了,讓它跳出大氣層,再下降。就像小孩兒在水面上用石頭打一個(gè)水漂,把石頭砸進(jìn)去,再冒出來(lái),再落下去,如此返回艙的速度就慢了。這樣的話(huà),我們就可以利用降落傘讓它降落下來(lái),就比較安全了。”

  這一俗稱(chēng)“太空打水漂”的方案是否可行?答案是肯定的——在2014年,我國(guó)就利用“嫦娥五號(hào)T1”試驗(yàn)器“舞娣”開(kāi)展了測(cè)試,再入器樣件在經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的再入之后,平穩(wěn)地落在了預(yù)定的落區(qū)范圍內(nèi),驗(yàn)證了再入技術(shù)的可靠性。

  “挖土”之后的兩次“打包”也是一大挑戰(zhàn)。嫦娥五號(hào)機(jī)械臂在采集月壤樣本之后,將之通過(guò)一系列方式送入上升器中,予以第一次封裝,防止在離開(kāi)月球的過(guò)程中出現(xiàn)損耗。第二次封裝則是上升器的月壤轉(zhuǎn)移到再入器中,來(lái)保護(hù)月壤樣品不受再入時(shí)惡劣環(huán)境的影響。在完全無(wú)人操作的情況下,如何做到“嚴(yán)絲合縫”對(duì)“五妹”而言難度不小。如果萬(wàn)事如意,嫦娥五號(hào)將實(shí)現(xiàn)我國(guó)開(kāi)展航天活動(dòng)以來(lái)的四個(gè)“首次”:首次在月面自動(dòng)采樣;首次從月面起飛;首次在38萬(wàn)千米外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接;首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

  祝福嫦娥五號(hào)一路順利!順利奔月,順利“回家”!

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