今別月宮去 采得月壤歸(科技自立自強·逐夢深空)
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12月3日23時10分，嫦娥五號上升器點火起飛，攜帶月壤進入預(yù)定環(huán)月軌道，實現(xiàn)我國首次地外天體起飛。此前，嫦娥五號探測器經(jīng)過約19小時月面工作，順利完成月球表面自動采樣。隨后，上升器將把樣品轉(zhuǎn)移到返回器，返回器將等待合適的月地入射窗口，做好返回地球的準備。
記者從國家航天局獲悉：12月3日23時10分，嫦娥五號上升器月面點火，3000牛發(fā)動機工作約6分鐘后，順利將攜帶月壤的上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道，成功實現(xiàn)我國首次地外天體起飛。
上升器月面點火
經(jīng)歷垂直上升、姿態(tài)調(diào)整和軌道射入三個階段
專家介紹，與地面起飛不同，嫦娥五號上升器月面起飛不具備成熟的發(fā)射塔架系統(tǒng)，著陸器相當于上升器的“臨時塔架”，上升器起飛存在起飛初始基準與起飛平臺姿態(tài)不確定、發(fā)動機羽流導(dǎo)流空間受限、地月環(huán)境差異等問題；此外，由于月球上沒有導(dǎo)航星座，上升器起飛后，需在地面測控輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實現(xiàn)自主定位、定姿。
點火起飛前，著上組合體實現(xiàn)月面國旗展開以及上升器、著陸器的解鎖分離。此次國旗展開是我國在月球表面首次實現(xiàn)國旗的“獨立展示”，回傳影像顯示，五星紅旗在陽光照耀下，“中國紅”格外鮮艷。
點火起飛后，上升器經(jīng)歷垂直上升、姿態(tài)調(diào)整和軌道射入3個階段，進入預(yù)定環(huán)月飛行軌道。隨后，上升器將與環(huán)月等待的軌返組合體交會對接，將月球樣品轉(zhuǎn)移到返回器，后者將等待合適的月地入射窗口，做好返回地球的準備。
設(shè)計兩種“挖土”模式
鉆取和表取互為備份、先后開啟
12月2日22時，經(jīng)過約19小時月面工作，探月工程嫦娥五號探測器順利完成月球表面自動采樣，并已按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。
據(jù)介紹，嫦娥五號探測器成功著陸月面后，開展了太陽翼展開、機構(gòu)解鎖等相關(guān)準備工作，之后就進入了“挖土”的工作模式。國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇介紹，此次嫦娥五號探測器自動采樣任務(wù)采用表鉆結(jié)合、多點采樣的方式，設(shè)計了鉆具鉆取和機械臂表取兩種模式。
據(jù)介紹，鉆具鉆取主要獲得月面以下的樣品，而機械臂表取則主要獲得月球表面樣品，兩種模式互為備份。
這兩種模式并不是同時進行。首先開啟的是鉆取模式，截至12月2日4時53分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝。接著，機械臂表取裝置開始在月面自動采樣并封裝，截至12月2日22時，嫦娥五號順利完成月球表面自動采樣，并已按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。專家介紹，為確保月球樣品在返回地球過程中，保持真空密閉以及不受外界環(huán)境影響，探測器在月面對樣品進行了密封封裝。
為了順利完成采樣任務(wù)，著陸器隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”。中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統(tǒng)副總設(shè)計師彭兢介紹，機械臂表取可以想象成類似人手的裝置，在腕關(guān)節(jié)設(shè)有兩個采樣裝置，很像挖土的鏟子；鉆具鉆取則可以鉆入月球內(nèi)部，鉆取月壤巖芯。它們科學(xué)分工，精密配合，采取深鉆、淺鉆、“鏟土”“挖土”“夾土”等各種方式，采集月壤樣品并進行密封封裝。
月面地面緊密配合
搭載多種“神器”，為采樣提供信息支持
在設(shè)計過程中，科研人員充分考慮了月面可能會遇到的各種復(fù)雜情況，希望能夠盡量多獲取不同種類和數(shù)量的月壤樣品。中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器研制團隊進行了幾百次試驗、數(shù)十種工況模擬、多次采樣封裝演練，確保采樣過程的可靠性。
而在實際的采樣、封裝過程中，嫦娥五號在月面辛勤“忙碌”著，科技人員在地面實驗室也根據(jù)探測器傳回的數(shù)據(jù)，仿真采樣區(qū)地理模型并全程模擬采樣，為采樣決策和各環(huán)節(jié)操作提供了重要依據(jù)。著陸器配置的月壤結(jié)構(gòu)探測儀等有效載荷正常工作，按計劃開展科學(xué)探測，并給予采樣信息支持。此外，嫦娥五號還配置了降落相機、全景相機、月壤結(jié)構(gòu)探測儀、月球礦物光譜分析儀等多種有效載荷。探測器鉆取采樣前，月壤結(jié)構(gòu)探測儀對采樣區(qū)地下月壤結(jié)構(gòu)進行了分析判斷，為采樣提供數(shù)據(jù)參考。
采樣難度系數(shù)高
考慮光照條件、電源、熱控等約束
裴照宇在之前接受采訪時表示，“作為對這次任務(wù)的考核，我們的目標是采樣返回，采到樣品，返回地球，就是成功，不管帶多少，都是成功！”之所以這么說，是因為首次月面采樣的難度系數(shù)非常高。
彭兢介紹，月面采樣裝置是全新研制的，技術(shù)新、難度大，需要考慮飛行任務(wù)以及探測器的測控、光照條件、電源、熱控等各種約束。采樣期間還要面臨月面高溫的工作環(huán)境，月球表面白天溫度超過100攝氏度，無人采樣器要在這么高的溫度下正常工作，挑戰(zhàn)可不小。再加上采樣任務(wù)時序緊張、機構(gòu)動作多、不確定因素也很多，這些都增加了首次月面采樣的難度。
據(jù)介紹，20世紀六七十年代，美國和蘇聯(lián)先后實現(xiàn)有人和無人月球采樣返回。美國實施的是有人采樣方式，在6次登月計劃中采樣量達380多公斤；蘇聯(lián)實施了3次無人采樣方式，共采集月壤300余克。
距人類上一次從月球采樣至今，已有40多年的時間沒有拿到新的月球樣品。科學(xué)家表示，對月壤的研究不僅涉及月球本身，還包含太陽系空間物質(zhì)和能量的重要信息。將月球的月壤等關(guān)鍵性樣品運回地面實驗室供科學(xué)家精準分析研究，有利于進一步了解月球的狀態(tài)、溫度、物質(zhì)含量等重要信息，深化對月壤、月殼和月球形成演化的認識。
本報記者 馮 華 喻思南