麻辣財經:從落月到起飛,嫦娥“五姐”的48小時
作者:喻思南
12月3日23時10分,嫦娥五號上升器點火起飛,攜帶月壤進入預定環月軌道,實現我國首次地外天體起飛。也就是在兩天前,12月1日23時11分,嫦娥五號成功着陸月球正面風暴洋地區。滿打滿算48小時,嫦娥五號的效率槓槓的,完成了首次月面採樣和首次月面點火起飛任務,用航天專家的話來説,嫦娥“五姐”的表現堪稱完美。

嫦娥五號着陸器和上升器組合體全景相機拍攝的五星紅旗在月面成功展開。(供圖:國家航天局)

嫦娥五號着陸器和上升器組合體全景相機環拍成像,五星紅旗在月面成功展開,此外圖像上方可見已完成表取採樣的機械臂及採樣器。(供圖:國家航天局)
提示:這個不是模擬圖,是在月面上拍的真實圖片!非常清晰,也非常珍貴!!!
月面起飛,院士眼中挑戰最大的任務
3日晚,在北京航天飛行控制中心,麻辣財經記者見到了著名航天專家、中科院院士葉培建。他表示,在嫦娥五號任務創造的多個“中國首次”中,月面起飛的挑戰最大。
(視頻提供:我們的太空)
月面起飛難在哪?首先,不同於運載火箭在地球起飛有一套完備的發射塔架系統,點火起飛位置也經過了精確測算。在月面起飛,沒有一馬平川的起飛地,更沒有成熟完備的發射塔架,着陸器就相當於上升器的“臨時塔架”,起飛存在起飛初始基準與起飛平台姿態不確定、發動機羽流導流空間受限、地月環境差異等問題。
此外,由於月球上沒有導航星座,上升器起飛後,需在地面測控輔助下,藉助自身攜帶的特殊敏感器實現自主定位、定姿。可以説,月面起飛,嫦娥五號一切都靠自己,且必須一次成功,難度可想而知。
為了確保上升器能夠順利起飛上升,我國科研人員在地面進行了大量的試驗驗證,並建立了一整套環環相扣的系統保證任務,為嫦娥五號保駕護航。但正如葉培建院士所説的,地面模擬、試驗再怎麼精確,也不可能和月面環境一模一樣。
月面上升經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入三個階段。麻辣財經記者在現場看到,發出上升器點火指令後,北京航天飛行控制中心指揮大廳緊張而忙碌,只有一聲聲指令在大廳迴響。當聽到太陽翼翻板展開正常,確定上升器成功入軌時,大廳響起了熱烈的掌聲和歡呼聲。
值得一提的是,點火起飛前,着陸器上升器組合體實現月面國旗展開以及上升器、着陸器的解鎖分離。此次國旗展開是我國在月球表面首次實現國旗的“獨立展示”,回傳影像顯示,五星紅旗在陽光照耀下,“中國紅”格外鮮豔。
為了月球這抔土,嫦娥五號有多拼?
1日23時,嫦娥五號探測器平穩降落月球后,隨即啓動鑽頭和鏟子,開始了忙碌的工作。為了帶回月球一抔“土”,嫦娥五號使出了渾身解數。


月球表面的月壤。(供圖:國家航天局)
嫦娥五號設計了兩種“挖土”模式,一種是鑽取,一種是表取。鑽具鑽取主要獲得月面以下的樣品,而機械臂表取則主要獲得月球表面樣品,兩種模式互為備份。
與人們想象中不同,這兩種模式並不是同時進行。首先開啓的是鑽取模式,完成月球鑽取採樣及封裝之後,嫦娥五號伸出機械臂,開始表取採樣並封裝。專家介紹,為確保月球樣品在返回地球過程中,保持真空密閉以及不受外界環境影響,探測器在月面對樣品進行了密封封裝。
值得一提的是,嫦娥五號在月面辛勤“忙碌”着,科技人員在地面實驗室也沒閒着,他們根據探測器傳回的數據,仿真採樣區地理模型並全程模擬採樣,為採樣決策和各環節操作提供了重要依據。
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介紹,月面採樣裝置是全新研製的,技術新、難度大,需要考慮飛行任務以及探測器的測控、光照條件、電源、熱控等各種約束。採樣期間還要面臨月面高温的工作環境,月球表面白天温度超過100攝氏度,無人採樣器要在這麼高的温度下正常工作,挑戰可不小。再加上採樣任務時序緊張、機構動作多、不確定因素也很多,這些都增加了首次月面採樣的難度。
正因為如此,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在此前在接受麻辣記者採訪時説,“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,不管帶多少,都是成功!”
20世紀六七十年代,美國和蘇聯先後實現有人和無人月球採樣返回。距人類上一次從月球採樣至今,已有40多年的時間沒有拿到新的月球樣品。
挖土、打包,嫦娥五號一氣呵成,出色地完成了月面採樣任務。2日22時,嫦娥五號順利完成月球表面自動採樣,並已按預定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。
完美落月,高科技各展神通
再説説兩天前的落月。
嫦娥五號的落月過程經歷了主動減速、快速調整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段,看似輕鬆的平穩降落背後,藴藏着眾多科研人員的智慧和積澱。
首先要“選址正確,落得準確”。航天專家解釋,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。相較於嫦娥三號、四號,嫦娥五號對於着陸點的位置精度和平整度的要求是空前的,需要着陸區域內既沒有太高的凸起,也沒有太深的凹坑,坡度要符合任務要求。落月的過程就是邊飛行邊找尋落點。
其次,還要保證探測器不翻倒、不陷落。
落月的關鍵在於平穩。航天專家説,嫦娥五號着陸上升組合體在落月時,撞擊月面會形成較大的衝擊載荷,必須設計相應的着陸緩衝機構,保證探測器不翻倒、不陷落,這是落月的技術難題之一。為此,科研人員給嫦娥五號裝了4條緩衝、支撐一體化的“腿”。
保障嫦娥五號落月的,還有兩個精妙的設計。整個落月過程中,着陸器都藉助了“外腦”和“外眼”——分別是上升器月面起飛時要用的“最強大腦”中央控制計算機和通過“看星星”確定自己姿態的星敏感器,這是設計人員根據“上升器全程陪同着陸器”的實際想出的妙招,既節約成本又減輕重量。
此刻,懷揣月壤的上升器正“行走”在月面軌道上;另一邊,軌道器和返回器組合體正在環月飛行,等待上升器到來。期待它們精準對接,在完成浪漫的“太空牽手”後,把月壤帶回地球。