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嫦娥五号登月挖土标志新探月时代到来

2020年11月25日 03:32
来源: 第一财经日报

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  “3,2,1,点火!”“嫦娥”起舞,直奔月宫。

  11月24日凌晨4点30分,在椰林海韵中的海南文昌航天发射场,长征五号遥五运载火箭全速托举中国探月工程嫦娥五号探测器划过夜空,迈出中国首次地外天体采样返回的第一步。

  火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道。嫦娥五号还将从月球上收集并返回大约两千克的月球土壤样品

  月壤有多贵重?美国六次登月,共带回不到400千克。1978年5月,美国曾送给中国一块1克重的月球岩石样品,国家决定一半用于科研、一半向公众展出。

  嫦娥五号任务不仅是中国迄今最为复杂的航天任务,也是中国最具代表性、最具影响力的国家级重大科研实践活动,极具挑战性、创新性和带动性,其成功实施将成为中国航天科学技术水平历史性跨越的重要标志。

  “月球是我们地球的唯一天然卫星,更是我们地球的战略制高点。”中国探月工程三期总设计师胡浩认为,“因为月球有它独特的条件,它的位置、环境、资源都非常独特,不光是对航天技术、科学认识的后续发展,包括对经济社会建设的后续发展,都有十分重要的意义。”

  “嫦娥五号的发射,标志着中国致力成为继美国和苏联之后从月球上获取样本的国家。”美国国家航空航天局(NASA)24日在社交媒体官方账号上表示。NASA还提出,希望中国能向全球的科学界分享数据,来加强人类对月球的了解。

  这个“嫦娥”分量十足

  此次长征五号遥五运载火箭发射的嫦娥五号探测器重达8.2吨,是今年中国航天发射的最重的探测器。

  这十足的分量亦与嫦娥五号探测器肩负的重任密不可分——它携带了轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分,任务的科学目标主要是开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察;对月球样品进行系统、长期的实验室研究。进入月球轨道后, 航天器将在月球表面部署两个运载工具:着陆器和上升器。

  从月球上采样将帮助科学家更多地了解月球的起源和形成。

  国家航天局探月与航天工程中心副主任、探月工程三期副总设计师、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇表示,探测器在月球表面着陆将在大约8天之内完成。此后探测器将在月球表面停留约两天,而整个任务计划约需要23天。

  嫦娥五号是探月工程三期的主任务,将实现我国首次月面采样返回,完成探月工程三步走目标之“回”的关键一步,推动月球探测科学技术的重大跨越。

  裴照宇表示,嫦娥五号任务创造了五个“中国首次”。“一是地外天体的采样与封装,二是地外天体的起飞,三是月球轨道交会对接,四是携带样品高速地球再入,五是样品的存储、 分析和研究,这在我国都是首次。”裴照宇说。

  他还说,此次探月任务最大的挑战在于在月球表面进行采样工作,从月球表面起飞,在月球轨道上会合和对接以及高速重返地球。

  上海为“嫦娥”贡献多项关键技术

  中国航天科技集团有限公司八院(下称“八院”)承担了长征五号助推器和嫦娥五号轨道器的研制任务。八院方面向第一财经记者透露,4个助推器提供了长征五号起飞90%的推力;轨道器作为主动飞行器,将承担地月往返运输、月球轨道交会对接、样品容器转移等任务,并将实现人类首次月球轨道无人自动交会对接和样品转移、我国首次深空环境多次分离、首次月地转移入射等。

  八院还介绍称,发射升空后,嫦娥五号轨道器将携带着陆器、上升器以及返回器完成地月转移、中途修正和近月制动。进入环月轨道后,轨道器与着陆上升组合体分离,携带返回器留轨。之后,轨道器将与从月面起飞的上升器进行主动交会对接,完成人类首次月球轨道自动交会对接任务,并将上升器携带的样品容器转移至返回器;与对接舱、上升器组合体分离后,轨道器将携带返回器进入月地转移轨道,在距离地球5000公里处将返回器分离,并保证其再入初始条件。

  八院嫦娥五号探测器副总设计师查学雷表示,嫦娥五号轨道器作为地月往返运输器,其工作贯穿整个探测任务始终,在技术上呈现“三多”的特点:一是飞行阶段多,轨道器参与探测器系统11个飞行阶段中的8个阶段,史无前例;二是器间状态多,轨道器在飞行过程中有6种组合体状态;三是分离次数多,整个过程涉及5次分离,且分离环境复杂,系统设计难度极大。

  中科院上海分院包括上海技术物理研究所、上海光学精密机械研究所、上海天文台、上海硅酸盐研究所、上海有机化学研究所等也提供了关键技术,助力嫦娥五号探月工程。

  比如嫦娥五号的3台光电载荷,月球矿物光谱分析仪、激光测距测速敏感器和激光三维成像敏感器,就是由上海技物所负责研制的。月球矿物光谱分析仪是探测器有效载荷之一,将对月球表面着陆采样区进行光谱探测和矿物组成分布分析。

  首个在着陆器上使用的窄线宽光纤激光器是由上海光机所设计的,实现了窄线宽(KHz量级)、低强度噪声的激光输出, 从落月阶段开始工作,通过探测激光回波的频率信息来测量着陆器相对月面的速度,实现了空间应用系统从能量探测模式向频率探测模式的开拓。

  上海天文台则牵头设计研制了中国甚长基线干涉测量 (VLBI)网,将与现有航天测控网,共同完成嫦娥五号探测器各飞行段的测定轨及定位任务。

  此外,多项关键材料也成功应用于嫦娥五号探测器。上海有机所研制的陀螺仪专用浮液和有机热控涂层,在这次航天任务中,保证了嫦娥系列探测器的可靠运行。上海硅酸盐研究所承担了热控涂层、高温抗氧化涂层、高温隔热屏、发动机包覆材料、柔性薄膜热控涂层及组件、耐烧蚀天线透波窗,以及大尺寸二氧化碲晶体、压电陶瓷等关键材料的研制。

  更深更远的太空计划

  嫦娥五号此次发射只是中国太空计划的探路之旅。任务将测试中国在执行更为复杂的航天任务前,从太空远程获取样本的能力。

  中国去年首次实现了将探测器登陆月球背面,并于今年7月发射了火星探测器,中国还计划在2022年左右建立一个永久性的载人空间站。裴照宇表示,未来的月球探索活动应由人类和机器共同进行。

  1969年至1972年间,美国在阿波罗计划的六次飞行中,12名宇航员总共带回了382千克的岩石和土壤。苏联在上世纪70年代部署了三次成功的机器人登月取样返回任务。

  美国亚利桑那州的行星科学研究所研究人员马特·西格勒(Matt Siegler)表示,此次中国发射的月球探测器将采集月球的蒙斯·朗姆克火山地区(Mons Rümker)的月壤,该土地大约有10亿至 20亿年的历史,相比于月球上的大多数样本35亿年以上的年龄而言仍然偏年轻,代表了月球上“晚期的火山活动”情况。

  人类对月球的探索近年来开始重新活跃。今年早些时候,美国最新发起了一项名为“阿尔忒弥斯”(Artemis)的登月计划,预计2024年将宇航员送上月球。“阿尔忒弥斯”计划有望成为历史上最大的人类太空计划联盟,并希望为提取和使用“太空空间资源”建立规则。此外,还有望为最终的火星探险铺平道路。

  根据“阿尔忒弥斯”计划,将允许NASA的承包商将月球的水冰转换成火箭燃料或开采月球矿物,用来建造登陆平台。NASA局长吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)上个月表示:“我们希望可以出资购买一些月球上的土壤,看看能用它来做什么。未来我们还将采掘更多包括月球冰在内的物质。”

  “与在月球上竖起国旗相比,新的探月时代,人们对利用月球上的资源更感兴趣。”一位深空探测领域的研究人员对第一财经记者表示。

(文章来源:第一财经日报)

(责任编辑:DF524)

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