对于月球这个地球唯一一颗天然卫星，中国人探索的脚步从未停歇。此前，我国已经完成了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、再入返回飞行试验和嫦娥四号等5次任务，实现了绕月探测、落月探测和巡视探测。

如今，中国航天的脚步要再往前迈出一步——采样返回，即发射嫦娥五号探测器落月，获取月壤样品并返回地球。这是我国首次无人月球采样返回任务。

国家航天局探月与航天工程中心副主任、探月工程三期副总设计师、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇告诉记者，作为我国探月工程“绕”“落”“回”三步走的收官之战，嫦娥五号任务有望实现我国航天史上的多个“首次”。

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从“月宫”潇洒走一回再捎点“特产”

随着嫦娥五号的成功发射，人们的目光又一次聚焦嫦娥家族：与嫦娥家族中前几位姐姐相比，嫦娥“五姑娘”有什么不同，她在大家族中又扮演着什么角色，发挥着什么作用？

“首先是‘外貌’即外观造型不同。”据中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器副总设计师阮剑华介绍，与嫦娥一号、二号、三号、四号相比，嫦娥五号探测器的技术跨度大、结构也更为复杂，它是由轨道器、着陆器、上升器、返回器等四器组成。

这四器就像“糖葫芦”一样，每一个都是单独的个体，放在一起还能组合，比如着陆器和上升器“抱”在一起，就组合成了“着上组合体”，轨道器和返回器组合，就成了“轨返组合体”。四器“串”在一起，则构成了一个完整的探测器。

相应地，嫦娥“大姐”和“二姐”分别是一颗单独的卫星，“三姐”和“四姐”则是由着陆器和月球车“两器”组成。

从这个角度来说，嫦娥“五姑娘”是嫦娥家族里结构最为复杂的探测器。

嫦娥“五姑娘”承担的使命、任务目标也比较特殊。与前几位姐姐不一样，“五姑娘”要实现我国首次在地外天体无人采样返回，开展月球样品地面分析研究。

阮剑华介绍，探月工程从立项之初，就设计了“绕”“落”“回”三步走战略，这意味着嫦娥家族众姐妹将拥有不同的命运和归宿——

2007年10月24日，我国成功发射嫦娥一号卫星，2009年3月1日，嫦娥“大姑娘”按预定计划受控撞月，为探月工程一期——“绕月探测”任务画上了一个圆满的句号。

2010年10月1日，嫦娥二号卫星发射成功，2012年12月13日，嫦娥二号卫星与图塔蒂斯小行星由远及近“擦肩而过”，首次实现我国对小行星的飞跃探测。

嫦娥“二姑娘”，也因此成了我国第一个行星际探测器。

2013年12月14日，嫦娥三号探测器着陆月面，次日，着陆器和巡视器互拍成像，嫦娥三号任务圆满成功，实现了我国首次地外天体软着陆和巡视探测。

从此，嫦娥“三姑娘”永久留在了月面，常驻“广寒宫”，和玉兔号月球车一起，遥望地球家园。

2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功登陆月球背面，成为人类历史上首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器，至今状态良好，未来，嫦娥“四姑娘”还将和玉兔二号月球车一起，继续月球背面的探索之旅。

嫦娥家族此前的几位“姐姐”，还有一个共同点，就是谁也不能再次回到“娘家”，要么留在月球，要么去了更远的深空。相比之下，嫦娥“五姑娘”就幸福多了：她从“月宫”潇洒走一回后，还能捎点“特产”——月壤，再次回到地球母亲的怀抱。

如今嫦娥五号探测器已成功发射，一路高歌奔向月球，接下来采样返回的旅程更加值得期待。

取月壤“钻”“铲”“挖”“夹”十八般武艺齐上阵

月球表面自动采样封装，是嫦娥五号任务中最引人注目的一个环节。在这个阶段，嫦娥“五姑娘”将在月面选定区域着陆，并“使出浑身解数”采集月壤，实现我国首次月面自动采样。

裴照宇表示，来自中国航天科技集团五院的设计师们采用表钻结合、多点采样的方式，设计了两种“挖土”模式：钻取和表取。

当着陆上升组合体软着陆在月球表面，嫦娥“五姑娘”就开始了为期2天的月面工作。

“五姑娘”随身携带的钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“神器”，将采取深钻、浅钻，以及“铲土”“挖土”“夹土”等方式，采集约2公斤月壤，并进行密封封装。

这之后，“五姑娘”再经月面起飞、月球轨道交会对接、月地转移和再入回收等过程，将月球样品安全送至地球家园。

完成月面工作后，“五姑娘”就要踏上“回娘家”的旅程了。

万事开头难，想回娘家可不容易，第一步能否“迈好”至关重要。这就是涉及到突破我国航天史上的另一个“首次”——月面起飞上升。

完成月壤采样封装后，“五姑娘”的上升器，要准备月面点火起飞，这是一个高难度科目。

人们对于火箭的点火起飞较为熟悉，那是有一套完备的发射塔架系统的，点火起飞位置也经过精确测算，飞行轨道同样是一遍遍计算好的。

相应地，月面起飞就有所不同了，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“五姑娘”回家。

阮剑华说，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。这就给起飞带来很大的难度。

此外，“五姑娘”还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞时，“五姑娘”还无法像运载火箭一样“在地面发射前由地面人员完成测调和确认”，而必须依靠航天器“自力更生”，实现起飞时自主定位、定姿。

阮剑华说，为了确保“五姑娘”上升器能够顺利起飞上升，中国航天科技集团五院嫦娥研制团队进行了大量的试验验证，并建立了一整套环环相扣的系统保证任务，为嫦娥五号胜利迈出回家一步保驾护航。

在太空打水漂再入返回地球家园

当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后，嫦娥“五姑娘”将一路飞奔，直到月球轨道。

在这里，上升器还要和轨返组合体交会对接，把采集到的月壤转移到返回器。

裴照宇告诉记者，经过几十年的实践探索，我国在载人航天领域已经熟练掌握了近地轨道交会对接技术，但是在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，在人类航天史上也是第一次。

据他介绍，人类此前3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；而嫦娥五号则是采用月球轨道交会对接技术，这为研制团队带来了极大的挑战。

来自航天科技集团五院的嫦娥五号研制团队，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，为嫦娥“五姑娘”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，助推嫦娥五号实现完美对接。

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，这时它的飞行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度。一般从近地轨道返回的航天器，其速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。

可别小看了这每秒3公里的“速度差”。

五院的科技人员做了一个类比：就好像扔石头，同样一块石头，从一层楼扔下去的速度，和从十几层楼扔下去的速度肯定不一样。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。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。

阮剑华说，航天科技集团五院嫦娥五号探测器的设计师们，为此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。”

现在，发射成功，只迈出了嫦娥五号任务的第一步。裴照宇说，接下来嫦娥五号还将经过11个阶段，20余天的在轨飞行过程，最终才能完成“挖土”并返回地球。期待嫦娥五号后续精彩旅程，期待荣耀归来的那一刻！

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科普小课堂：为什么发射嫦娥五号要选在凌晨？

24日，长征五号运载火箭携嫦娥五号月球探测器在文昌发射升空，我国探月工程三期取得良好开局。此次发射的时间在凌晨，为什么嫦娥五号要选择凌晨升空？中国航天科技集团一院总体部设计师钱航表示，主要原因是便于奔月轨道设计、减少太阳活动影响、利于信号传播及观测等。

月球探测与火星探测一样，都属于深空探测。钱航说，在火箭发射轨道设计上，要考虑到地月相对位置关系。此次发射嫦娥五号探测器，要在满足地球与月球位置关系的限制、火箭射向和滑行时间的约束、探测器地月转移时间、返回器再入航程等条件下，选择最合适的发射时间，也就是确定火箭的发射窗口，而凌晨发射最有利于奔月轨道的设计。

“太阳活动特别是太阳风会干扰电子信号传播，影响地面科研人员操控。”钱航介绍，长征五号选择在凌晨飞向宇宙，此时地球正好把太阳光直接遮蔽住，避免了过多太阳辐射的影响。

钱航还表示，天气条件对于航天发射至关重要。在凌晨，天气状况比较稳定，云层更少，有利于火箭发射及信号的传播。同时，可更好地利用望远镜等天文设备，对观察到的发射情况做出总结。此外，由于凌晨整体环境亮度较低，火箭喷射火焰飞向太空时非常显眼和突出，有利于地面光学和测量设备跟踪到目标，收集相关信息。

（原标题：揭秘嫦娥五号任务全过程：到月球去挖土究竟有多难？)

来源：北晚新视觉综合 中国青年网 网友评论 中国文明网

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