據(jù)上海晟皋電氣小編了解，北京時間11月24日凌晨，長征五號遙五運(yùn)載火箭在中國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空，在破曉中劃出一道金色弧線，成功將“嫦娥五號”月球探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道。嫦娥五號探測器是迄今為止我國研制的*為復(fù)雜的航天器系統(tǒng)，也是我國目前重量*重的月球探測器。本次任務(wù)難度非常高，可謂“步步驚心”，同時看點(diǎn)也是層出不窮。
年度*有“分量”的發(fā)射
據(jù)國家航天局探月與航天工程中心黨委副書記關(guān)鋒介紹，探月工程三期是我國探月工程重大科技專項“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略的*后一步，將實現(xiàn)月球采樣返回。三期工程規(guī)劃實施兩次采樣返回，在嫦娥五號任務(wù)之后，后續(xù)還有嫦娥六號任務(wù)。嫦娥五號任務(wù)是我國迄今*復(fù)雜、難度*大的航天任務(wù)之一。
國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設(shè)計師、嫦娥五號任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇表示，嫦娥五號任務(wù)有望創(chuàng)造5個“中國**”：一是地外天體的采樣與封裝，二是地外天體的起飛，三是月球軌道交會對接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是樣品的存儲、分析和研究。
晟皋電氣小編覺得此次嫦娥五號奔月工程除了意義重大，這次任務(wù)運(yùn)載火箭和搭載的乘客也是“分量”十足。據(jù)專家介紹，嫦娥五號月球探測器重達(dá)8.2噸，是我國目前發(fā)射的重量*重的月球探測器。作為我國探月三期工程采樣返回任務(wù)的核心，由中國航天科技集團(tuán)研制的嫦娥五號探測器是迄今為止我國研制的*為復(fù)雜的航天器系統(tǒng)，由軌道器、返回器、著陸器、上升器四器共包含15個分系統(tǒng)組成。嫦娥五號探測器需要直接被送入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)41萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，“在長征火箭家族中，只有長征五號火箭可以將這么重的載荷直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道，這是對運(yùn)載火箭能力的集中檢驗，也是對中國航天能力的*佳注解。”長征五號火箭**總指揮、航天科技集團(tuán)一院黨委書記李明華介紹稱。
此前美蘇也曾進(jìn)行過月球采樣返回，本次任務(wù)有什么異同呢？據(jù)航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號探測器系統(tǒng)副總設(shè)計師彭兢介紹，人類過去的采樣返回任務(wù)要么是載人登月，通過航天員攜帶不同工具去采樣，然后將樣品帶回來；或者像蘇聯(lián)用一個單一的采樣裝置去采樣，每次采樣量大概一兩百克。而中國這次瞄準(zhǔn)的是，采到公斤級樣品。
嫦娥五號探測器什么樣
航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號探測器系統(tǒng)副總設(shè)計師彭兢介紹說，嫦娥五號探測器由四部分組成，總重量8.2噸，它的外形有點(diǎn)像穿糖葫蘆，從上到下依次是上升器、著陸器、返回器和軌道器，這四部分在發(fā)射時組成的探測器整體高度約7.2米。
彭兢表示，從名字也能看出來這四部分各自的用途。上升器負(fù)責(zé)攜帶在月面收集到的樣品從月球表面起飛，此后進(jìn)入環(huán)繞月球軌道，與軌返組合體進(jìn)行交會對接，并把樣品轉(zhuǎn)移到返回器里面。著陸器負(fù)責(zé)在月球表面著陸，它的功能包括攜帶上升器落在月面。著陸后，它*重要的工作是以鉆取和表取方式完成月球表面的采樣并完成封裝。返回器的功能就是當(dāng)完成交會對接、樣品轉(zhuǎn)移到返回器之后，由它攜帶樣品返回地球。
軌道器的功能*為復(fù)雜。彭兢說，它主要承擔(dān)在不同軌道上飛行的任務(wù)。發(fā)射時，它會攜帶其他三器，完成地球到月球的飛行。到月球后，軌道器要負(fù)責(zé)“剎車”，通過減速制動，使得探測器整體進(jìn)入環(huán)繞月球軌道。然后軌道器和返回器構(gòu)成的組合體與著陸上升器分開，著陸上升器前往月球表面著陸，軌道器返回器停留在軌道上，等待上升器攜帶樣品從月面起飛進(jìn)入月球軌道。完成交會對接和樣品轉(zhuǎn)移之后，等到合適時機(jī)，軌道器將攜帶返回器，加速從月球飛向地球，這個過程被稱為月地轉(zhuǎn)移。回到地球附近后，軌道器會釋放返回器，讓其攜帶樣品回到地球。在此過程中，軌道器會在地面控制下完成規(guī)避機(jī)動，確保返回器能**著陸，然后軌道器將進(jìn)入一個環(huán)繞地球的大橢圓軌道，等待后續(xù)處置。
為何在風(fēng)暴洋降落采樣
嫦娥五號任務(wù)的采樣區(qū)域是在月球正面風(fēng)暴洋西北部，預(yù)計采樣量約兩公斤，在月面工作時間約兩天。
中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）行星科學(xué)研究所教授肖龍介紹稱，月壤是研究月球的樣本，由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽風(fēng)轟擊和宇宙射線輻射等空間風(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)。通過研究這些月壤物質(zhì)，不但可以了解月球的地質(zhì)演化歷史，也為探索太陽活動等提供必要的信息。
嫦娥五號為什么選擇在風(fēng)暴洋西北部降落采樣呢？彭兢介紹稱，過去還沒有人類探測器去過這個著陸地點(diǎn)。科學(xué)家認(rèn)為，這塊區(qū)域形成的地質(zhì)年代比較年輕，如果將這塊區(qū)域的樣品帶回實驗室進(jìn)行分析，能幫助人類更好地認(rèn)識月球形成過程。同時，選擇在風(fēng)暴洋西北部采樣也有從工程實現(xiàn)角度來考慮的因素。
彭兢表示，此前只有蘇聯(lián)完成過無人月球采樣，當(dāng)時采用鉆取的方式，所用鉆頭是中空結(jié)構(gòu)，把鉆頭深入月球表面以下，然后從里邊獲取巖石樣本。我們借鑒蘇聯(lián)鉆取采樣的方式，并提高技術(shù)水平獲得更多的月巖。但單一采樣方式獲取的樣品受限較多，因此我們還將利用機(jī)械臂從月球表面抓取樣品，這兩種取樣方式可以互為備份。
回家之路仍有挑戰(zhàn)
根據(jù)國家航天局介紹，嫦娥五號返回地球時將采用半彈道、跳躍式返回模式，著陸區(qū)域為內(nèi)蒙古四子王旗相關(guān)區(qū)域。早在2014年10月，中國就曾成功試驗飛行器以**宇宙速度再入返回，驗證了氣動力、氣動熱防護(hù)、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制等多項關(guān)鍵技術(shù)，為嫦娥五號任務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
有航天專家表示，“半彈道跳躍式飛行”增加了返回器在大氣層的“一出一入”，從而減小著陸速度，有利于選擇降落區(qū)。彭兢介紹說，嫦娥五號任務(wù)的返回器跟2014年驗證試驗時返回器狀態(tài)基本一致。那次飛行試驗的目的就是為了驗證返回器能以**宇宙速度，也就是約每秒11公里的速度，返回地球大氣層。其中涉及氣動、防熱、控制等一系列復(fù)雜關(guān)鍵技術(shù)。2014年的試驗取得成功后，我們對完成嫦娥五號任務(wù)有了更大信心。不過與2014年的試驗相比，嫦娥五號返回器還有一些細(xì)微差別。因為這次返回器要接收從月球表面起飛帶上來的月球樣品，所以多了一個返回艙，而且返回艙要保證在交互對接時能打開，確保樣品容器進(jìn)入艙里面，在返回地球過程中還要保證艙門可以嚴(yán)密關(guān)閉保護(hù)樣品。針對這些差別，研制人員已經(jīng)做了大量地面試驗。
在此之前還有一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)——高精度月地入射。《環(huán)球時報》記者了解到，月地入射的主要目的是通過月球軌道上的軌道機(jī)動，使軌返組合體進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道。由于月地關(guān)系不斷變化，月地入射窗口及入射點(diǎn)位置均受到嚴(yán)格約束；同時，月地入射的精度在一定程度上決定了返回器再入點(diǎn)精度，影響返回器的**著陸，控制精度要求也非常高。
地面大網(wǎng)保障“嫦娥奔月”
嫦娥五號探月采樣返回這么復(fù)雜的過程，全程需要一雙“無形之手”牽引指揮。從火箭升空的那一刻起，火箭飛行、星箭分離、嫦娥五號落月、探月、采樣、返回等整個過程，都依托由地面雷達(dá)、地面測控站、海上測量船及中繼衛(wèi)星等陸海空天全方位布局的系統(tǒng)，用無形電波張開的通信測控“天羅地網(wǎng)”，全程掌握嫦娥五號的位置、狀態(tài)等信息，接收它發(fā)回來的數(shù)據(jù)，并向它傳遞來自地面的指令信息。
中國電科技術(shù)人員表示，長征五號火箭發(fā)射時，新一代雷達(dá)遙測綜合測量系統(tǒng)提供了持續(xù)保障。它是國內(nèi)首部大口徑雷達(dá)遙測一體化系統(tǒng)，能跟蹤火箭反射回波，即使在應(yīng)答機(jī)或遙測設(shè)備異常情況下，仍能測量火箭飛行軌跡。
據(jù)中國電科工作人員介紹，不同于常規(guī)任務(wù)，月球探測任務(wù)面臨著測控距離遙遠(yuǎn)、自由空間損耗、空間延時大以及任務(wù)場景復(fù)雜等諸多挑戰(zhàn)。不久前我國頭個深空天線組陣系統(tǒng)正式啟用，與南美35米深空測控系統(tǒng)、佳木斯66米深空測控站，以及分散各地的地面測控站、海面測量船聯(lián)袂出征，共同提供嫦娥五號的測控通信保障。該深空天線組陣系統(tǒng)由4個35米深空天線組成，可實現(xiàn)單天線或2/3/4任意天線組陣，從深度和廣度上大大提升我國深空測控能力。中國電科技術(shù)人員表示，其中4天線組陣時擁有超過66米口徑天線數(shù)據(jù)接收能力，測控距離超過4億公里。
由于月地距離遙遠(yuǎn)，對嫦娥五號的測控通信微弱信號需要“遙控器”和靈敏“順風(fēng)耳”支撐。作為深空測控重要組成，大功率高功放設(shè)備是探測器通信鏈路的“遙控器”，能將微小的上行已調(diào)信號放大后，經(jīng)大口徑天線發(fā)射出去，實現(xiàn)對距離幾十萬公里以外月球探測器的精準(zhǔn)控制；而特種低溫接收機(jī)則像探測器的“順風(fēng)耳”，通過物理極限大幅降低電子器件熱噪聲，可在零下260攝氏度的低溫環(huán)境下，**接收到來自遙遠(yuǎn)太空的微弱信號。
信息來源：人民日報 信息整理：上海晟皋電氣科技有限公司
