姍姍來遲-嫦娥五號這位“美人”開始她的“步月旅程”了！”_風聞

原作：汪榮鑫

校對：牧夫校對組

編排：趙書晨

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

今天凌晨4：30, 嫦娥五號乘坐長征五號成功發射升空，這代表着中國航天器又一次踏上了前往月球的旅途。與前幾次不同的是，這次我們拿到的是一張“往返票”，嫦娥五號將會帶着一些來自月球的紀念品——月壤重返地球。

   中國探月工程：“嫦娥工程”

按照技術的從易到難，嫦娥工程可以分為三步走：“繞”、“落”、“回”。2007年10月24日，第一顆月球探測衞星嫦娥一號從西昌升空，經過近14天、206萬公里飛行、8次變軌後，嫦娥一號到達月球附近，開展繞月探測，實現了中國探月工程的首次突破。

嫦娥一號軌道圖。

圖源：國家航天局

作為我國自主研製併發射的首個月球探測器，嫦娥一號攜帶了7種科學儀器，分別是CCD立體相機、激光高度計、干涉成像光譜儀、伽馬/X射線譜儀、微波探測儀、太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器。

可不要小看嫦娥一號，雖然是系列任務裏最簡單的一顆探測器，但它搭載的立體相機在約200千米軌道高度上獲取了月面影像。這些數據構建了一副全月圖，為後續的着陸任務奠定了堅實的基礎。

嫦娥一號拍攝的平面月圖，分辨率120米，包含高度信息。可以前往http://moon.bao.ac.cn/Moon/index/index.html# 進行進一步探索。

圖源：探月工程數據發佈與信息服務系統

2009年3月1日，嫦娥一號完成使命，撞擊月球表面預定地點：位於月球東經52.36度、南緯1.50度的豐富海區域。一年後的國慶節，也就是2010年10月1日，嫦娥二號再次從西昌起飛。經過遙遠的飛行之後，嫦娥二號來到距離月球約100千米的軌道。相比嫦娥一號的軌道高度，這裏離月球更近，嫦娥二號也有着更好的相機，拍攝了分辨率優於10米的月面影像。在詳細勘察了嫦娥三號預選着陸區虹灣後，嫦娥二號沒有撞擊月球，而是走上了繼續探測宇宙的道路，由探月衞星變為中國首顆太陽系人造小行星。

嫦娥二號軌道圖。

圖源：國家航天局。

嫦娥二號完成預定任務後，先飛到距離地球150萬公里外環繞日地拉格朗日L2點飛行，接着飛到距離地球700萬公里外，與“戰神”圖塔蒂斯小行星擦肩而過，繼而飛向更遙遠的太空。2014年嫦娥二號和地球的距離突破一億公里，創造了中國航天器最遠飛行記錄。

嫦娥一號和二號驗證了探月的關鍵技術，並對着陸地點進行了詳細的探測。終於輪到嫦娥三號粉墨登“月”了。2013年12月2日，還是在西昌，嫦娥三號探測器乘坐長征三號乙加強型火箭成功發射升空。12月14日嫦娥三號着陸月面，着陸器和巡視器（沒錯，就是大名鼎鼎的“玉兔號”月球車）實現分離。從此，嫦娥與玉兔不再是關於月球的美好傳説中的幻想，而是中國探月科學家和工程師的一次夢想成真。第二天，“嫦娥”和“玉兔”還在月球上玩起了“互拍”。

嫦娥三號與玉兔號。

圖源：國家航天局

不過，緊隨其後的並非是嫦娥四號，而是一顆中繼衞星，鵲橋號。鵲橋號是世界首顆運行在地月拉格朗日L2點的通信衞星。有了它，從地球發出的控制信號才不會被月球阻擋，這為嫦娥四號降落月球背面奠定了基礎。

嫦娥四號和嫦娥三號其實是一對“孿生姐妹”，是後者的備份星。2018年12月8日，嫦娥四號發射升空，並在2019年1月3日10時26分，攜帶玉兔二號月球車，軟着陸於月球背面南極附近的馮卡門環形山內。這也是人類探測器第一次在月球背面軟着陸。

嫦娥四號還是一顆長壽的探測器，截至11月23日，嫦娥四號已經完成了24個月晝的工作，工作時長突破690個地球日，至今仍在工作中；玉兔二號累計行駛里程近600米。他們都是遠超設計壽命工作的“長者”了。

玉兔二號還有自己的微博，會用通俗易懂的語言介紹自己的工作情況和科學發現。

圖源：@月球車玉兔二號

到這裏，似乎一切都很順利，但彼時嫦娥五號還不能上天。細心的讀者已經注意到了，此前的任務都是在西昌由長征三號系列運載火箭發射升空的。問題是，嫦娥五號登月後還要返回地球，勢必要攜帶更多載荷和燃料，總重量將遠超她的“姐姐”們。為了將嫦娥五號按計劃送上月球並實現返回，我們需要一款推力更大、直徑更粗的火箭，在一個更好的發射地點發射。這就是專屬於海南文昌的“胖五”。

長征五號：中國現役運載能力最強的火箭

長征五號有多厲害呢，讓我們直接來看一組數據：長征五號運載火箭是捆綁四個助推器的兩級半構型火箭，其芯級直徑為5米，採用液氫液氧發動機。液氫燃料是目前最好的燃料，能夠提供最強的推力，而且安全無毒。長征五號的四個助推器直徑3.35米，與長征三號芯級相當，採用液氧煤油發動機。火箭全長為57米，起飛重量為854.5噸，起飛推力為1062噸，近地軌道最大運載能力為25噸，地球同步轉移軌道最大運載能力為14噸。

我國現役火箭對比圖。

圖源：新華社

長征五號的成功之路並不平坦。雖然早在2016年11月3日，長征五號就首飛成功了，但是在2017年7月2日的任務中，長征五號遙二火箭發射失敗。在之後兩年間科技人員卧薪嚐膽，三次將故障歸零，最終實現去年十二月成功復飛，長征五號將實踐二十號衞星送入預定軌道，發射飛行試驗取得圓滿成功。有了可靠的胖五，我們才能夠帶着嫦娥五號前往太空。

嫦娥五號探測器和長征五號運載火箭尺寸比較示意圖。

圖源：@我們的太空、@趙若泓rhZhao

另外，這次的發射場從西昌來到了海南。一方面，西昌位於祖國內陸，火箭運輸依靠鐵路貨運，一路上的山洞限制了火箭的尺寸。因此，芯級直徑5米的長征五號只能通過海運到達唯一在海邊的文昌發射場。另一方面，文昌的緯度是我國四大發射場中最低的。這意味着，地球自轉在此處的線速度最大，火箭就可以乘着這個初速度，更輕鬆地把載荷送入軌道。當然，這僅僅是針對向東發射的軌道而言。

長征五號雖然實力強勁，但相比那些歷史上出現過的，或者未來即將出現的強力火箭，還是一個“小弟”。未來長征九號將進一步升級，成為在世界上都引人注目的重型火箭，承擔前往星辰大海的更多任務。

超級重型火箭對比圖，從左至右依次為：能源號、重型獵鷹、葉尼塞、長征九號、太空發射系統1型、N1“質子”、土星五號、太空發射系統2型和星艦。

圖源：Wikipedia

一捧土的艱難與意義

萬事俱備，只欠東風。我們花了那麼大的力氣，走了那麼長的技術道路，現在終於有能力實現嫦娥工程的最後一步：“回”了。這一步究竟有多複雜，多艱難呢？

按照功能和任務，嫦娥五號可以分為四個主要部分：

· 軌道器

· 返回器

· 着陸器

· 上升器

首先，嫦娥五號要經過數次加速、變軌、減速，進入軌道穩定環繞月球。在合適的時機，着陸器連同上升器分離、減速，緩緩着陸在月球上。然後在月球表面打鑽取樣或通過機械臂取樣，並將月壤樣本存放在上升器中。上升器與着陸器分離，後者將會永遠留在月球上，而前者進行加速後，重新進入月球軌道，與軌道器和返回器對接。交接完樣本之後，上升器也會被永遠留在月球軌道上，而由軌道器帶着裝載了月壤的返回器踏上返程。在進入返回軌道後，軌道器也將分離，只有返回器能夠最終降落在地球上。

嫦娥五號月球採樣返回任務圖示。圖源見右下角。

那我們不禁要問，費這麼大的力氣，獲得的月球土壤或月球岩石，究竟藴含了多少奧秘呢？

中國地質大學(武漢)行星科學研究所教授肖龍指出，

月壤是研究月球的樣本，由月球岩石在遭受隕石撞擊、太陽風轟擊和宇宙射線輻射等空間風化作用後形成，其中有大量的月球岩石碎塊、礦物及隕石等物質。科學家通過研究這些月壤物質，既可以瞭解月球的地質演化歷史，也可以為了解太陽活動等提供必要的信息。

在國際上，採集月壤其實是非常“流行”的一項活動。

在國際上，採集月壤其實是非常“流行”的一項活動。冷戰期間，美蘇都熱衷於去月球採樣。蘇聯的月球16號、20號和24號探測器從月球各地採集到了總共超過300克的樣本。美國——憑藉着阿波羅歷次任務——一共採集了6次共381.7千克的月壤樣本。全國空間探測首席科學傳播專家龐之浩在一次採訪中提到，科研人員通過研究發現，月壤和月岩中氧化鐵的含量很高，從中可以製取水和氧，未來可利用月面物質支持月球基地的運行，併為登月飛行器補充燃料。更重要的是，科學家還在採集回來的樣品中發現了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規模，月球上的氦-3用於核聚變發電後能夠滿足人類約1萬年的能源需求。

1978年美國國家安全事務顧問布熱津斯基訪華時送給中國一塊一克重的月球岩石，其中半克被用於我國科學研究。圖中這位分割月岩的正是素有“嫦娥之父”之稱的探月工程首席科學家歐陽自遠 

圖源：網絡

這一次我們計劃帶回2000克月球樣品。之所以能夠遠超蘇聯，是因為我們現在有了對接轉移技術和方案，減少了對燃料的需求。另外根據相關報道，此次嫦娥五號可能會選擇月球正面最大的月海風暴洋着陸，此地還未曾被其他國家的探測器到訪過。

希望這次嫦娥五號帶回來的紀念品，能夠進一步推進中國和全人類對月球的認識，讓我們對這顆熟悉的鄰居更加了解。

『天文時刻』 牧夫出品

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今晨長征五號出征的火焰

圖片來源：中國航天