揭秘嫦娥五號落月背後驚心動魄的800秒

月球，嫦娥五號終於來了！

北京時間12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功着陸在月球正面預選着陸區。隨後，嫦娥五號開啓“挖土”模式：12月2日4時53分，嫦娥五號着陸器和上升器組合體完成了月球鑽取採樣及封裝。目前，着陸器和上升器組合體正按計劃進行表取採樣。

中國航天科技集團嫦娥五號探測器研製專家表示，從發射升空到成功落月，7天跋涉38萬公里，800多秒驚心動魄的落月過程，嫦娥五號探測器的表現近乎完美。作為中國探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰，嫦娥五號任務將從月球採集約兩千克月球樣品返回地球，後續任務更加可期。

落月點“風暴洋”：人類此前從未到訪

據國家航天局消息，12月1日22時57分，嫦娥五號着陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開始實施動力下降，其最終着陸點，位於月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區。

這是人類探測器此前從未到訪的地方。這裏周圍有1300米高的火山羣，環境之險峻名副其實，讓嫦娥五號此行更加充滿探險的意味。

此前，美國阿波羅計劃從月球累計帶回380多千克月球樣品，蘇聯依靠無人飛行器分3次共獲得了300餘克月壤。然而，美國、蘇聯等國家的航天器均未到訪過呂姆克山脈附近。

全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩表示，月球正面風暴洋相對年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，存在大約13億至20億年前的玄武岩，獲得這些年輕玄武岩的同位素年齡，將有助於推進對月球火山活動和演化歷史的認識。它可以填補科學家對月球火山活動研究的一個重要空白。

中國航天科技集團五院專家告訴記者，由於涉及採樣後上升器的月面起飛，嫦娥五號落月的過程也是為後續上升器月面起飛選擇“發射場”的過程。因此，相較於嫦娥三號、嫦娥四號，嫦娥五號需要着陸區域內無太高的凸起、無太深的凹坑，並且坡度要符合任務要求，這對着陸點的位置精度和平整度方面提出了更高要求。

專家表示，歷經主動減速、快速調整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段，嫦娥五號這穩穩的一落看似輕盈輕鬆，卻藴藏着科研人員的眾多智慧和積澱。

600公里外一次自主“跳傘”

在選定呂姆克山脈以北地區作為着陸點後，嫦娥五號着陸上升組合體如何在短時間內完成一系列難度係數很大的動作，穩穩地降落在月球表面？

中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢告訴記者，嫦娥五號任務的落月和近月制動一樣，有且只有一次機會，必須一次成功。簡單説，它是一邊飛行一邊尋找落點，如同一次從600公里外開始、在15分鐘內完成的自主“跳傘”。

據他介紹，為了實現“選址正確、落得準確”，嫦娥五號採用了已經在嫦娥三號和嫦娥四號上成功應用的“粗精接力避障”方式。

這種方式是在由中國航天科技集團五院502所研製的制導導航與控制系統指揮下，着陸上升組合體先大推力反向制動減速，然後快速調整姿態，對預定落區地形進行拍照識別，避開大的障礙，實現“粗避障”，之後再斜向落向選定的着陸點，飛到着陸點正上方後改為垂直下降，在接近月面時關閉發動機，落在月球上。

值得一提的是，嫦娥五號落月最後階段的發動機關機，需要有精準的指令。中國航天科工集團研製的γ關機敏感器，就是落月過程中的“剎車指令員”。

中國航天科工集團研製專家告訴記者，落月開始後，置於嫦娥五號底部的γ關機敏感器便即時測量着探測器與月面的距離。當嫦娥五號落到距月面不足5米高度時，該設備發出關機指令，關閉軌控和姿控發動機。這一瞬間，決定着落月任務的成敗。隨着發動機反推力的撤離，嫦娥五號得以翩然落月。

嫦娥五號4條“腿”不一般

落月的關鍵在於平穩。

據中國航天科技集團五院專家介紹，離開了發動機的反推，嫦娥五號是以自由落體形式着陸的。雖然月球引力較小，降落高度也不高，但撞擊月面時仍會形成一定衝擊載荷。

這就需要着陸緩衝系統發揮作用，吸收着陸時的衝擊載荷，同時保證探測器“不翻倒”“不陷落”。着陸緩衝機構，就是嫦娥五號的“腿”。

彭兢表示，與嫦娥三號的着陸緩衝設計方案相比，由於任務難度增加，嫦娥五號任務的着陸緩衝能力要求提高了30%，但機構重量指標卻減少了5%。

按照他的説法，嫦娥五號的“腿”繼承了嫦娥三號、嫦娥四號的良好基因，具有完全自主知識產權的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證收攏簡單、展開可靠，解決了着陸緩衝、着陸穩定性等多方面問題，確保嫦娥五號穩定可靠地完成與月球的“親密擁抱”。

“天黑請閉眼”

鮮為人知的是，在降落過程中，嫦娥五號着陸上升組合體距離月面較近時，主發動機會激起月塵，容易觸發月塵污染星敏感器，從而影響上升器後續的月面起飛。

中國航天科技集團五院502所專家告訴記者，為了不讓月塵“迷了上升器的漂亮眼睛”，科研人員特別設計了一個蓋子。在距離月面一定高度時把星敏感器的鏡頭蓋起來，待落月之後月塵散去，再通知星敏感器把蓋子打開。

這“一睜一閉”之間，着陸器和上升器組合體已經順利着陸在月亮之上。這一過程被科研人員稱為“天黑請閉眼”。

嫦娥五號落月過程中，還有一些鮮為人知的精妙設計。從表面看，是着陸器“託着”上升器降落到月面，而實際上，着陸器上制導導航與控制系統的工作，卻受助於上升器上的中央控制計算機和星敏感器。中央控制計算機是上升器在月面起飛時要用的“最強大腦”，星敏感器則能讓上升器通過“看星星”確定自己的姿態。

這樣的合作，是設計人員結合“上升器全程陪同着陸器”的實際想出的妙招，既節約了成本，又減輕了重量。

定向天線“一線牽”

整個落月過程牽動國人的神經，38萬公里外的嫦娥五號正經歷着什麼樣的考驗？所有的信息，都需通過着陸上升組合體的一口小小的“鍋”來傳送遙測數據。這個“小鍋”就是定向天線——把探測器上的數據傳輸到地面的發射轉換裝置。

中國航天科技集團五院專家表示，相比地面上的手機，地月通信距離遠了幾萬倍，數據發送需要採用特殊的對地定向天線。由五院總體設計部設計的定向天線採用雙軸驅動機構，就像人的肩肘關節，能讓反射面天線輻射器靈活轉動，始終對準地面，向地球傳送嫦娥五號落月的遙測數據。

嫦娥五號任務被認為是我國目前技術難度最大、系統組成最複雜的航天任務之一。成功着陸在月球表面後，嫦娥五號探測器將開展為期約兩天的月面工作，“使出渾身解數”採集約兩千克月球樣本，有望實現我國首次地外天體採樣。

“我們的目標是兩千克，經過論證，兩千克是數量上不算少，工程上可實現。”國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇説，“但是作為對這次任務的考核，我們的目標是採樣返回，採到樣品、返回地球，就是成功。不管帶回多少，都是成功。”

2020年12月03日 02 版