“胖五”就位 嫦娥“五妹”即將奔月

出發(fā) 去月球“挖土”

任務(wù)難度大

完成“2+2+2+1”探月飛行：兩次發(fā)射、兩次著陸、兩次封裝、一次交會(huì)對(duì)接

實(shí)現(xiàn)四個(gè)我國“首次”：首次在月面自動(dòng)采樣；首次從月面起飛；首次在38萬千米外的月球軌道上進(jìn)行無人交會(huì)對(duì)接；首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球

研究價(jià)值高

“五妹”將在月球正面最大的月海風(fēng)暴洋北部呂姆克山脈附近著陸

“挖土”取樣地富集鈾、釷、鉀等放射性元素，存在于大約13億至20億年前的玄武巖

人類目前尚未有這一時(shí)段的月壤樣本

本報(bào)記者 郜陽

這幾天，文昌衛(wèi)星發(fā)射中心熱鬧非凡。一位體重800多噸的客人——被我們親切稱為“胖五”的長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭悄然到訪。這回，“胖五”將帶著嫦娥“五妹”奔向月球。而僅在四個(gè)月前，“胖五”陪伴“天問一號(hào)”探測(cè)器踏上我國首次火星探索之旅。

11月17日上午，長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭和嫦娥五號(hào)探測(cè)器在中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。垂直轉(zhuǎn)運(yùn)標(biāo)志著長征五號(hào)火箭和嫦娥五號(hào)探測(cè)器完成了前期總裝、測(cè)試等一系列工作，這對(duì)器件組合體正靜靜等待著倒計(jì)時(shí)的號(hào)令聲。

遙遠(yuǎn)的月球背面，“四姐”嫦娥四號(hào)著陸器和“玉兔二號(hào)”月球車已迎來第24月晝。而作為新的使者，嫦娥五號(hào)將開展月表采樣返回任務(wù)，替我們帶回月球的第一抔土。“五妹”的這次月球之旅，也是我國航天領(lǐng)域迄今最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一。

完成“繞落回”目標(biāo)

作為地球的鄰居，月球?qū)Φ厍虻挠绊懯稚钸h(yuǎn)，很多生命現(xiàn)象與月相及月球公轉(zhuǎn)周期息息相關(guān)。

對(duì)于中國航天而言，月球更是邁向深空的“前哨站”。早在2004年，中國正式開展月球探測(cè)計(jì)劃，在國務(wù)院正式批準(zhǔn)繞月探測(cè)工程立項(xiàng)后，工程的領(lǐng)導(dǎo)小組便將其命名為“嫦娥工程”，而第一顆繞月衛(wèi)星命名為“嫦娥一號(hào)”。

大家最常聽到的關(guān)于月亮的神話，應(yīng)該就是“嫦娥奔月”了吧——因?yàn)槌粤碎L生不死之藥，嫦娥飛到天上，居住在月宮。中國探月工程用這個(gè)神話傳說中的人物來命名，弘揚(yáng)了中國傳統(tǒng)文化，也表達(dá)了“奔月”這個(gè)主題。

2007年，嫦娥一號(hào)發(fā)射升空，開啟了我國月球探測(cè)的第一段旅程。隨后，我國接二連三地向月球及周邊發(fā)射了一系列航天器。除了大家耳熟能詳?shù)摹版隙稹毕盗兄猓€有2014年發(fā)射的“嫦娥五號(hào)T1”試驗(yàn)器，以及2018年發(fā)射的“鵲橋號(hào)”地月中繼衛(wèi)星等。

嫦娥工程按計(jì)劃分為無人月球探測(cè)、載人登月以及建立月球基地三個(gè)階段。從嫦娥“大姐”到“五妹”，都屬于無人月球探測(cè)階段。而無人探測(cè)又分“繞”“落”“回”三步走——

“繞”為第一步。首先實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星繞月飛行探測(cè)。這一階段主要任務(wù)在于研制和發(fā)射能夠探測(cè)月球的衛(wèi)星，衛(wèi)星和火箭的研制為后續(xù)工作鋪路。繞月時(shí)可利用很多儀器對(duì)月球拍照、觀測(cè)。“落”為第二步。探月飛船一般是主飛船繞著月球飛，然后探測(cè)器降落到月球表面。這個(gè)階段要開展“軟著陸”和月球表面的勘察。“回”為第三步。這個(gè)階段需要能把月球車采集到的樣品帶回來的技術(shù)。“回”不是指繞月球飛行的衛(wèi)星回來，而是說登上月球的探測(cè)器能回到地球。

九天攬?jiān)滦呛娱煟呵锢@落回。從嫦娥一號(hào)拍攝的全月球影像圖，到嫦娥二號(hào)首次實(shí)現(xiàn)我國對(duì)小行星的飛躍探測(cè)，再到嫦娥三號(hào)成功實(shí)現(xiàn)落月夢(mèng)想、嫦娥四號(hào)實(shí)現(xiàn)人類探測(cè)器首次月背軟著陸揭開月球背面神秘面紗……嫦娥“姐妹”們帶著國人的奔月夢(mèng)，一步一個(gè)腳印踏實(shí)向前。即將啟程的嫦娥五號(hào)，就要實(shí)現(xiàn)我國月球探測(cè)“繞、落、回”三個(gè)步驟中的最后一步。順利的話，這次探測(cè)還將讓人類在44年后，再次帶回月球饋贈(zèng)的“伴手禮”。

完成月球“繞、落、回”的目標(biāo)，對(duì)中國航天而言，只是一個(gè)開始——“六妹”“七妹”和“八妹”已經(jīng)領(lǐng)命，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)月球南極采樣返回，甚至嘗試在月面上“3D打印”房子……

帶回月球“伴手禮”

中國探月工程首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士、被譽(yù)為“嫦娥之父”的歐陽自遠(yuǎn)在中科院格致論道講壇上介紹，將要發(fā)射的“嫦娥五號(hào)”會(huì)著陸在月球正面的一個(gè)地方，這個(gè)地方有很多復(fù)雜的科學(xué)問題。“我們一定能夠得到很多樣品，大概要采樣2公斤到3公斤的樣品，供全國的科學(xué)家來進(jìn)行研究。”

雖然月壤在月球上唾手可得，但是對(duì)地球人來說卻蘊(yùn)藏著極大的科學(xué)價(jià)值。月壤是研究月球的樣本，由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽風(fēng)轟擊和宇宙射線輻射等空間風(fēng)化作用后形成，其中有大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質(zhì)。科學(xué)家通過研究這些月壤物質(zhì)，既可以了解月球的地質(zhì)演化歷史，也可以為了解太陽活動(dòng)等提供必要的信息。

每個(gè)打開微信的瞬間，你都會(huì)看見這幅熟悉的畫面：地平線劃出一道微微發(fā)光的弧度，一個(gè)黑色的小人站在上面，凝視著天空中那顆美麗的地球。這不是電腦制作的虛擬圖，而是基于一張真實(shí)的照片，它有個(gè)廣為流傳的可愛昵稱：藍(lán)色彈珠——由美國宇航員尤金·瑟南用哈蘇照相機(jī)在執(zhí)行“阿波羅17”號(hào)登月飛行時(shí)在太空中拍攝。小人腳下的大地，則普遍被認(rèn)為就是月球。

在1969年7月至1972年12月，美國通過“阿波羅11”號(hào)到“阿波羅17”號(hào)載人飛船實(shí)施了7次載人登月任務(wù)，除了“阿波羅13號(hào)”因發(fā)生故障中途返回，其余6艘飛船皆完成登月，成功將12名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。而蘇聯(lián)月球16號(hào)探測(cè)器從月球豐饒海取回了一塊101克的小樣本；月球20號(hào)探測(cè)器和月球24號(hào)探測(cè)器則分別從阿波羅尼厄斯高地和月球危海采集到了55克與170克樣品。

通過這些月球饋贈(zèng)的“伴手禮”，科學(xué)家們?nèi)〉昧素S碩的成果。研究顯示，月壤中存在氦-3，這種元素具有安全、清潔、高效的能源特點(diǎn)。按照目前地球的能源消耗規(guī)模，月球上的氦-3用于核聚變發(fā)電后，能夠滿足人類約一萬年的能源需求。

歐陽自遠(yuǎn)是這樣描述此次“挖土”任務(wù)的：“嫦娥五號(hào)會(huì)有一個(gè)鏟子鏟樣品，還會(huì)在月球上打鉆取樣，把所有的樣品取下來后放在返回艙里面。”據(jù)了解，嫦娥五號(hào)的取樣地址具有很高的研究價(jià)值。“五妹”將在月球正面最大的月海風(fēng)暴洋北部呂姆克山脈附近著陸，風(fēng)暴洋相對(duì)較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，該地存在于大約13億至20億年前的玄武巖，而人類目前尚未有這一時(shí)段的月壤樣本。

國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)在近期一篇題為“中國將取回40年來的第一塊月球巖石”的文章中提到，嫦娥五號(hào)獲取的樣本將填補(bǔ)科學(xué)家對(duì)月球火山活動(dòng)理解上的一個(gè)重要空白。此前，美國和蘇聯(lián)的月球任務(wù)所獲得的巖石表明，月球上的火山活動(dòng)在35億年前達(dá)到頂峰，隨后逐漸減弱并停止。但對(duì)月球表面的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，某些區(qū)域可能含有最近10億至20億年前才形成的火山熔巖——如果嫦娥五號(hào)的樣本證實(shí)這段時(shí)間月球仍在活動(dòng)，那么月球歷史將可能被改寫。

中科院上海技術(shù)物理研究所研究員何志平在第三屆世界頂尖科學(xué)家論壇之青年天文物理會(huì)議上介紹，月球礦物光譜分析儀是嫦娥五號(hào)探測(cè)器上的主要有效載荷，用以完成對(duì)月面目標(biāo)的光譜探測(cè)和分析任務(wù)，為采樣區(qū)月表物質(zhì)成分和資源勘察，以及樣品實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果比對(duì)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

體驗(yàn)太空“打水漂”

和“姐姐”們相比，“五妹”的結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，足有4個(gè)主要部件：上升器、著陸器、再入器和軌道器，而嫦娥一號(hào)與嫦娥二號(hào)僅是一個(gè)軌道器，嫦娥三號(hào)與嫦娥四號(hào)也只有一個(gè)著陸器和一個(gè)巡視器。

從任務(wù)操作來看，“嫦娥五號(hào)”探月飛行可用“2+2+2+1”概括。即兩次發(fā)射：地面發(fā)射與月面發(fā)射；兩次著陸：月面著陸與地球著陸；兩次封裝：月面封裝與月軌封裝；還有一次交會(huì)對(duì)接：月軌對(duì)接。

能否將來自月球的“紀(jì)念品”順利帶回地球，是“五妹”此次奔月之旅成功與否的關(guān)鍵。由于月球與地球的距離遙遠(yuǎn)，在離開月球返回地球的路上，火箭的速度會(huì)不斷上升，在進(jìn)入地球大氣層時(shí)，會(huì)以第二宇宙速度左右的高速再入。“糟了，返回艙高速地撞擊地球的大氣層就會(huì)一直燃燒著，會(huì)把我們采集回來的樣品全部燒掉。”歐陽自遠(yuǎn)表示，“所以我們采取了一個(gè)辦法，當(dāng)返回艙下降到大氣層彈道一半的時(shí)候，就不能再下降了，讓它跳出大氣層，再下降。就像小孩兒在水面上用石頭打一個(gè)水漂，把石頭砸進(jìn)去，再冒出來，再落下去，如此返回艙的速度就慢了。這樣的話，我們就可以利用降落傘讓它降落下來，就比較安全了。”

這一俗稱“太空打水漂”的方案是否可行？答案是肯定的——在2014年，我國就利用“嫦娥五號(hào)T1”試驗(yàn)器“舞娣”開展了測(cè)試，再入器樣件在經(jīng)過了長時(shí)間的再入之后，平穩(wěn)地落在了預(yù)定的落區(qū)范圍內(nèi)，驗(yàn)證了再入技術(shù)的可靠性。

“挖土”之后的兩次“打包”也是一大挑戰(zhàn)。嫦娥五號(hào)機(jī)械臂在采集月壤樣本之后，將之通過一系列方式送入上升器中，予以第一次封裝，防止在離開月球的過程中出現(xiàn)損耗。第二次封裝則是上升器的月壤轉(zhuǎn)移到再入器中，來保護(hù)月壤樣品不受再入時(shí)惡劣環(huán)境的影響。在完全無人操作的情況下，如何做到“嚴(yán)絲合縫”對(duì)“五妹”而言難度不小。如果萬事如意，嫦娥五號(hào)將實(shí)現(xiàn)我國開展航天活動(dòng)以來的四個(gè)“首次”：首次在月面自動(dòng)采樣；首次從月面起飛；首次在38萬千米外的月球軌道上進(jìn)行無人交會(huì)對(duì)接；首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

祝福嫦娥五號(hào)一路順利！順利奔月，順利“回家”！

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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