石豪：為了這一天，全人類等了44年
【文/觀察者網專欄作者 石豪】
北京時間2020年11月24日4時30分，長征五號遙五運載火箭自中國文昌航天發射場起飛，將重達8.2噸的嫦娥五號月球探測器精準送入預定的地月轉移軌道。
中國探月工程的第三階段，我國首次月球無人採樣返回任務正式開啓。同時，這是自1976年以來，月宮再次迎接來自地球的“勘探隊”。
長征五號遙五火箭發射 | 圖片來源：中國航天報
跨越十六年的收官大作
嫦娥五號是中國探月工程“繞、落、回”三步走的第三步“回”，歷時十六年，中國探月迎來了自己的收官大作。
這也是一次期待已久的發射。
按照原計劃，嫦娥五號任務將於2017年執行，由長征五號遙三運載火箭發射升空。但天有不測風雲，長征五號遙二火箭發射失利，隨之而來的是漫長而艱苦的故障分析與改進，整裝待發的嫦娥五號也不得不幾經封存。
終於，2019年12月27日，長征五號遙三運載火箭復飛成功，嫦娥五號的發射也再度被提上日程。
由於火星探測的發射窗口更急迫，嫦娥五號的發射排到了我國首次火星探測器——天問一號的後面。天問一號已於今年7月23日由長征五號遙四火箭發射成功，現在正在奔赴紅色星球的道路上。
嫦娥五號任務，是繼天問一號後長征五號運載火箭的第二次應用性發射。根據央視新聞的前方採訪，本次發射的入軌精度比預期高了一個數量級，完全滿足探測器的需求，可以給火箭打120分甚至150分。
完美的發射，標誌着長征五號運載火箭正在快速邁向高可靠與高成熟度，未來中國航天發射的“主心骨”，更穩了。
發射前合影 | 圖片來源：中國航天報
“好飯不怕晚，良緣不怕遲”，歷經坎坷終成行的嫦娥五號，首先要面臨的是航天器長期封存這一難題。由於發射推遲了3年，嫦娥五號在等待火箭的過程中經歷了漫長的封存期，這是一個很大的挑戰。
探測器的運動機構是否靈活，對老化元件的保存與替換等等都是值得關注的課題。一旦實踐證明嫦娥五號的封存技術切實有效，我國的航天器地面長期貯存水平將取得長足進步，為未來航天器的常態化備份與應急發射提供有力保障。
因禍得福，變危為機，困境中依然能夠有所收穫，這也是太空探索一個有趣的特點。
從發射嫦娥一號的長三甲，到發射嫦娥三號的長三乙，探月工程的前兩步“繞”和“落”都可以採用老一輩長征火箭。這最後一步“回”之所以一定要等長征五號的成熟，是因為嫦娥五號是世界航天史上最重的無人深空探測器，其精密複雜程度之高令人讚歎。
胖五扛胖妞，嫦娥五號很有分量
與之前發射的四枚嫦娥系列月球探測器相比，嫦娥五號是個不折不扣的“胖妞”——其發射質量達到了驚人的8.2噸。
這既超越了中國已發射的所有地外探測器，在全世界的無人深空探測器中也是“極具分量”的。
8.2噸的“胖妞”，採用了串聯結構，由軌道器、返回器、着陸器和上升器組成，共有15個分系統。
嫦娥五號結構圖 | 圖片來源：國家航天局探月與航天工程中心
其中，着陸器和上升器構成着上組合體，軌道器和返回器構成軌返組合體。在進入環月軌道後，着上組合體與軌返組合體分離並動力下降至月表着陸。經過月面採樣封裝，上升器自月面發射進入環月軌道，與軌返組合體對接，並“移交”月球樣本。軌返組合體與完成使命的上升器分離後返回地球，由軌道器釋放攜帶樣本的返回器，經過大氣層“打水漂”減速，最終在降落場着陸回收。
嫦娥五號任務流程 | 圖片來源：國家航天局探月與航天工程中心
嫦娥五號作為我國迄今為止最為複雜的航天器系統之一，由航天五院抓總研製，位於上海的航天八院負責軌道器，同樣的合作模式也出現在天問一號火星探測器的研製中。可以説，嫦娥五號不僅是中國航天科技的碩果，更是全體航天人大力協同，無私奉獻的集體智慧結晶。
也許讀者朋友已經注意到了，嫦娥五號的任務流程，與著名的阿波羅載人登月計劃非常類似，二者都是包含了推進、返回、下降上升部分，都在月球軌道進行二次對接，只不過阿波羅飛船“交接”的是宇航員，嫦娥五號則是樣品。
阿波羅飛船地月轉移構型 | 圖片來源：NASA
原因也是顯而易見的，作為探月工程三部曲最輝煌的終章，嫦娥五號並不只是“去月球挖點土回來”這麼簡單。在工程目標上，嫦娥五號還肩負着突破窄窗口多軌道裝訂發射、月面自動採樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、月球樣品儲存等關鍵技術的重任，為我國未來開展載人登月與與深空探測積累重要的人才、技術、科學和工程基礎。
也許再過些年，中國宇航員就能將五星紅旗插到月球表面。那個時候，宇航員全程的絕對安全就要由經過飛行驗證的成熟技術做保證，嫦娥五號等無人探測器功不可沒。
如此來看，“胖妞”胖得很有道理，8.2噸的發射質量“身大力不虧”，能夠支持2千克月球樣本的返回。
別小看這2千克，這是人類月球無人探測樣本容量的新紀錄，上一個記錄是蘇聯Luna 24月球探測器於1976年創下的170.1克樣本量，已經保持了足足44年。
44年的等待，新的開始
44年前的1976年8月9日，蘇聯無人探測器Luna 24自拜科努爾發射場升空。8月22日，Luna 24的返回艙攜帶着170.1克月球樣本回到地球。這是蘇聯最後一次月球無人取樣探測，也是嫦娥五號發射前全世界的最後一次。
Luna 24無人探測器 | 圖片來源：phys.org
這個外形簡單而不失科幻感的探測器，是蘇聯拉沃契金設計局的傑作。
對，就是那個在螺旋槳時代大放異彩，曾經拿出過拉-7等優秀活塞式戰鬥機的拉沃契金。
偉大衞國戰爭的功臣——拉-7戰鬥機 | 圖片來源：Alan Wilson@Wikipedia
上世紀60年代到70年代，是人類月球探測的黃金時代。
從第一顆人造地球衞星、第一艘載人飛船開始的美蘇航天爭霸進入白熱化階段，戰場也從近地軌道直接延伸到月球。
後面發生的故事我們都知道了，一直領跑航天競賽的蘇聯，在科羅廖夫英年早逝後陷入不同設計局的內鬥內耗，令投入本就遠不如對手的蘇聯最終輸掉了載人登月。
而美國則空前團結、三軍用命，並在“鈔能力”的幫助下笑到了最後，第一個進入太空的人類是蘇聯人尤里•加加林，而美國人內爾•阿姆斯特朗則因第一個踏上月球而被歷史永遠銘記。
然而，就像拉沃契金設計局的活塞式戰鬥機註定消失在歷史長河中一樣，人類對月球的取樣探索在1976年後就突然沉寂了下去。
直到嫦娥五號的橫空出世，月球已經等了44年，全人類也已經等了44年。
嫦娥五號月面採樣 | 圖片來源：中國航天科技集團
原因很簡單，月球取樣返回，難度極大，成本很高，投入週期很長。
沒有合理的系統規劃，堅定的國家意志，渴求科學真理的人，探月很容易陷入“面子工程”、“花錢聽響”的攀比怪圈。
並且很不幸地，我們的一些鄰居似乎已經陷入了這樣的怪圈中。
深空探測的機會是寶貴的，世界上只有很少的國家意願開展、並有實力支持深空探測計劃。
因此每一次機會都應當被充分利用，帶動科技進步，為人類探索未知。
在嫦娥五號以後，人類還要再等44年嗎？
很幸運，我們不需要。
嫦娥五號的“收官”，並不是中國探月工程的謝幕，而是“繞落回”三步走戰略的勝利完成。
探月工程的四期任務早已鋪開。
如果一切順利的話，作為嫦娥五號備份的嫦娥六號將成為我國探月四期的排頭兵，在月球南極進行採樣返回。
嫦娥七號同樣聚焦月球南極，在傳統的着陸探測以外，還會有更加新穎的探測方案。
結束了嗎？不，是新的開始。
圖片來源：文昌發射場現場
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