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“嫦娥五号”将挑战我国航天史上四个“首次”

2020-11-24 10:02:06   来源:人民网

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11月24日4时30分,我国长征五号遥五运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空,经过2200多秒的飞行,成功将“嫦娥五号”月球探测器送入地月转移轨道,发射取得圆满成功。

记者从中国航天科技集团有限公司了解到,作为我国探月工程“绕落回”三步走中的最后收官之战,“嫦娥五号”将挑战我国航天史上的四个“首次”。

首次月面自动采样

作为此次任务的核心关键之一,月球表面自动采样封装是“嫦娥五号”任务中最引人注目的一个环节。在这个阶段,嫦娥“五姑娘”将在月面选定区域着陆,并使出浑身解数采集月壤,实现我国首次月面自动采样。

为实现这一创新突破,来自航天科技集团五院的设计师们采用表钻结合,多点采样的方式,精心设计了两种“挖土”模式:钻取和表取。

具体来说,当着陆上升组合体顺利软着陆在月球表面,“嫦娥五号”就开始了为期约2天的月面工作。她随身携带的钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“神器”,将科学分工,精密配合,采取深钻、浅钻、“铲土”、“挖土”、“夹土”等各种方式,采集约2千克月壤并进行密封封装,经月面起飞、月球轨道交会对接、月地转移和再入回收等过程将月球样品安全送至地球家园。

首次月面起飞上升

当嫦娥“五姑娘”完成月面工作后,她就要踏上“回娘家”的旅程。俗话说万事开头难,想回娘家可不容易,第一步能否“迈好”至关重要,这就是涉及到突破我国航天史上另一个首次——月面起飞上升。

顺利完成月壤采样封装后,上升器就要准备月面点火起飞了,这是一个高难度科目。众所周知,运载火箭在地球起飞是有一套完备的发射塔架系统的,点火起飞位置也经过了精确测算,飞行轨道也是一遍遍计算好的。而月面起飞就不一样了,它没有一马平川的起飞地,更没有成熟完备的发射塔架,着陆器就相当于上升器的发射塔架,托举着“五姑娘”回家。

再加上月球表面环境复杂,着陆器不一定是四平八稳的状态,很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。这就给起飞带来了很大的难度。

此外,起飞时需要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞的时候,还无法像运载火箭一样在地面发射前由地面人员完成测调和确认,必须依靠航天器“自力更生”,实现起飞时自主定位、定姿。

不过,这些都难不倒“嫦娥”的设计师们。据了解,为了确保上升器能够顺利起飞上升,航天科技集团五院“嫦娥五号”研制团队进行了大量的试验验证,并建立了一整套环环相扣的系统保证任务,为“嫦娥五号”胜利迈出回家一步保驾护航。

首次实现月球轨道交会对接

当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后,嫦娥“五姑娘” 一路飞奔而去。但是仅仅依靠上升器是不可能实现返回地球的,它需要飞到月球轨道上,在这里与轨返组合体交会对接,把采集到的月壤转移到返回器。

经过几十年的实践探索,我国在载人航天领域已经熟练掌握了近地轨道交会对接技术,但是在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接不仅在我国尚属首次,而且也是人类航天史上的第一次。

人类此前三次无人月球采样任务,由于无法掌握月球轨道无人交会对接技术,采用的都是月面起飞直接返回地球的方案;而“嫦娥五号”则是采用具有世界先进水平的月球轨道交会对接技术,这为研制团队带来了极大的挑战。

为此,从上升器进入环月飞行轨道开始,一直到轨返组合体与上升器完成对接与样品转移为止,设计师们为嫦娥“五姑娘”精心设计了交会、对接、组合体运行、轨返组合体与对接舱分离等一系列关键动作,助推“嫦娥五号”实现完美对接。

首次带月壤高速再入返回地球

当返回器带着月壤,从38万公里远的月球风驰电掣般向地球飞来,这时它的飞行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度,而一般从近地轨道返回的航天器速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。

可别小看了这每秒3公里的差距。就好像扔石头,同样一块石头,从一层楼扔下来的速度和从十几层楼扔下来速度肯定不一样。同理,航天器从数百公里高的近地轨道返回和从38万公里远的月球返回必然不同,且差距巨大。一旦速度过猛,返回器一头撞向地球,后果不堪设想。因此,必须让返回器减速飞行。

为此,航天科技集团五院“嫦娥五号”探测器的设计师们创新提出了半弹道跳跃式再入返回技术方案,就像在太空“打水漂”一样,整个再入返回过程就是让返回器先是高速进入大气层,再借助大气层提供的升力跃出大气层,然后以第一宇宙速度扎入大气层,返回地面。整个过程环环相扣,确保“嫦娥五号”能安全顺利地降落在四子王旗着陆场。(赵竹青)

文章关键词:嫦娥五号,航天史 责编:杨文丽
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