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嫦娥五號完成月面采樣,首次在地外天體點火起飛
今別月宮去 采得月壤歸(科技自立自強·逐夢深空)
《 人民日報 》2020-12-04 11:04

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  在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥五號上升器飛行過程。
  新華社記者 金立旺攝

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  嫦娥五號探測器在月球表面自動采樣。
  國家航天局供圖

  核心閱讀

  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。此前,嫦娥五號探測器經過約19小時月面工作,順利完成月球表面自動采樣。隨后,上升器將把樣品轉移到返回器,返回器將等待合適的月地入射窗口,做好返回地球的準備。

  記者從國家航天局獲悉:12月3日23時10分,嫦娥五號上升器月面點火,3000牛發動機工作約6分鐘后,順利將攜帶月壤的上升器送入到預定環月軌道,成功實現我國首次地外天體起飛。

  上升器月面點火

  經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入三個階段

  專家介紹,與地面起飛不同,嫦娥五號上升器月面起飛不具備成熟的發射塔架系統,著陸器相當于上升器的“臨時塔架”,上升器起飛存在起飛初始基準與起飛平臺姿態不確定、發動機羽流導流空間受限、地月環境差異等問題;此外,由于月球上沒有導航星座,上升器起飛后,需在地面測控輔助下,借助自身攜帶的特殊敏感器實現自主定位、定姿。

  點火起飛前,著上組合體實現月面國旗展開以及上升器、著陸器的解鎖分離。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”格外鮮艷。

  點火起飛后,上升器經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入3個階段,進入預定環月飛行軌道。隨后,上升器將與環月等待的軌返組合體交會對接,將月球樣品轉移到返回器,后者將等待合適的月地入射窗口,做好返回地球的準備。

  設計兩種“挖土”模式

  鉆取和表取互為備份、先后開啟

  12月2日22時,經過約19小時月面工作,探月工程嫦娥五號探測器順利完成月球表面自動采樣,并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。

  據介紹,嫦娥五號探測器成功著陸月面后,開展了太陽翼展開、機構解鎖等相關準備工作,之后就進入了“挖土”的工作模式。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介紹,此次嫦娥五號探測器自動采樣任務采用表鉆結合、多點采樣的方式,設計了鉆具鉆取和機械臂表取兩種模式。

  據介紹,鉆具鉆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。

  這兩種模式并不是同時進行。首先開啟的是鉆取模式,截至12月2日4時53分,嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝。接著,機械臂表取裝置開始在月面自動采樣并封裝,截至12月2日22時,嫦娥五號順利完成月球表面自動采樣,并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。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。

  為了順利完成采樣任務,著陸器隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”。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,機械臂表取可以想象成類似人手的裝置,在腕關節設有兩個采樣裝置,很像挖土的鏟子;鉆具鉆取則可以鉆入月球內部,鉆取月壤巖芯。它們科學分工,精密配合,采取深鉆、淺鉆、“鏟土”“挖土”“夾土”等各種方式,采集月壤樣品并進行密封封裝。

  月面地面緊密配合

  搭載多種“神器”,為采樣提供信息支持

  在設計過程中,科研人員充分考慮了月面可能會遇到的各種復雜情況,希望能夠盡量多獲取不同種類和數量的月壤樣品。中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器研制團隊進行了幾百次試驗、數十種工況模擬、多次采樣封裝演練,確保采樣過程的可靠性。

  而在實際的采樣、封裝過程中,嫦娥五號在月面辛勤“忙碌”著,科技人員在地面實驗室也根據探測器傳回的數據,仿真采樣區地理模型并全程模擬采樣,為采樣決策和各環節操作提供了重要依據。著陸器配置的月壤結構探測儀等有效載荷正常工作,按計劃開展科學探測,并給予采樣信息支持。此外,嫦娥五號還配置了降落相機、全景相機、月壤結構探測儀、月球礦物光譜分析儀等多種有效載荷。探測器鉆取采樣前,月壤結構探測儀對采樣區地下月壤結構進行了分析判斷,為采樣提供數據參考。

  采樣難度系數高

  考慮光照條件、電源、熱控等約束

  裴照宇在之前接受采訪時表示,“作為對這次任務的考核,我們的目標是采樣返回,采到樣品,返回地球,就是成功,不管帶多少,都是成功!”之所以這么說,是因為首次月面采樣的難度系數非常高。

  彭兢介紹,月面采樣裝置是全新研制的,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。采樣期間還要面臨月面高溫的工作環境,月球表面白天溫度超過100攝氏度,無人采樣器要在這么高的溫度下正常工作,挑戰可不小。再加上采樣任務時序緊張、機構動作多、不確定因素也很多,這些都增加了首次月面采樣的難度。

  據介紹,20世紀六七十年代,美國和蘇聯先后實現有人和無人月球采樣返回。美國實施的是有人采樣方式,在6次登月計劃中采樣量達380多公斤;蘇聯實施了3次無人采樣方式,共采集月壤300余克。

  距人類上一次從月球采樣至今,已有40多年的時間沒有拿到新的月球樣品??茖W家表示,對月壤的研究不僅涉及月球本身,還包含太陽系空間物質和能量的重要信息。將月球的月壤等關鍵性樣品運回地面實驗室供科學家精準分析研究,有利于進一步了解月球的狀態、溫度、物質含量等重要信息,深化對月壤、月殼和月球形成演化的認識。

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  稿源: 《 人民日報 》 )
  作者: 馮 華 喻思南 )
  編輯: 肖揚 )
 
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