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观察 | 嫦五落月,挖土动工!

文章来源:中央纪委国家监委网站 2020-12-02 浏览3459次

  嫦娥五号探测器着陆预选着陆区示意图(中国航天科技集团八院供图)。记者从国家航天局获悉,12月1日23时11分,嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区,并传回着陆影像图。

12月1日,在北京航天飞行控制中心,航天科技人员在监测嫦娥五号探测器工作状态。新华社记者 金立旺 摄

  落月牵动国人心。记者从国家航天局获悉,在经历了为期一周的地月转移、近月制动、环月飞行之旅后,12月1日23时11分,嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区,并传回着陆影像图。

  嫦娥五号是怎么落月的?和近月制动一样,落月也要由嫦娥五号自主完成。距离月面比较远的时候,嫦娥五号通过拍照避开大型障碍物;到了距离月面100米时,悬停,拍照,精确识别,选好落点;随后,向斜向下飞行,边下降边避障,飞到选定着陆点的正上方后竖直下降,并在距离月面较近时提前关闭主发动机,利用着陆腿的缓冲实现软着陆。

  落在哪儿?月球正面风暴洋的预选着陆区。这里是嫦娥五号的登陆点,即采样点,还是一片处女地,尚无人类或探测器到访。

  为何选择这个点?风暴洋是月球上最大的月海,是一片广阔的灰色平原,由远古火山喷发形成的玄武岩构成。根据目前研究成果,这块区域形成的地质年代较短,约37亿年左右,能帮助科学家对月球形成演化过程有更整体的了解。此外,上升器上升后要跟轨道器、返回器组合体在月球轨道对接,通过月球着陆区经纬度的选择,尽量和轨道器所在的太空轨道面一致,有助于减少燃料消耗,而这一落点正符合要求。

  嫦娥五号上升器和着陆器在月面站稳后,将同时使用两种方式采样:机械臂在月球表面抓取,以及钻具钻取。嫦娥五号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”各显神通,只为带一捧月壤回地球。

  “挖土”听上去简单,但由于施工地在月球,情况复杂得多。月球引力只有地球的六分之一,在这种环境下钻孔、铲挖、把样品封装进上升器,对探测器技术要求极高。“采样时序紧张,动作多,装置也是全新研制的,需要考虑探测器的测控、光照条件、月面高温等约束,不确定因素多。”中国航天科技集团五院技术专家说。

  按计划,嫦娥五号将钻取约2米深的月壤岩芯柱,采集约2千克重的月壤样品。也许有人会问:去一趟月球可谓千辛万苦,为何不多带点“土”特产回来?

  “采集量的多少会影响到容器的大小,进而影响到整个探测器的体积、重量,以及推进剂的需求。”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裴照宇解释,以2千克的采样量作为初始值来设计探测器,嫦娥五号探测器的总重量达到8.2吨。如果增加样品量,探测器很多指标都会增长,8.2吨很可能不够,最后会超过火箭的运载能力,目前的设计是平衡后的结果。“2千克的数量不算少,工程上可实现。”

  对天文物理学家和行星科学的研究者来说,嫦娥五号采集到的样本,或如跋涉沙漠中的一汪清泉那样宝贵。距离上一次成功采集月壤,已经过去了40多年。

  嫦娥五号采集的样品,将被用来研究月球的起因和演化。《自然》杂志还提到,嫦娥五号样本可以填补科学家对月球火山活动理解上的一个重要空白。这些来自月球的物质还可以帮助研究人员更精准地确定地球、火星和水星等行星表面的年代。根据计算陨石坑的方法,月球也是为其他行星测年的重要参考。

  “在月球表面钻探取样获得岩芯,这是最大的期待之一。”行星科学专家、中国科学院国家天文台研究员郑永春博士表示,上一次月球钻探取样已经是在上世纪六、七十年代美国“阿波罗”登月计划时期了,深度也尚浅。

  “岩芯是一层一层堆积起来的,记录着月壤不断翻转、掩埋、堆积的过程,而我们只有通过岩芯样品才能更好地知道月壤形成过程。”郑永春说,探测器在钻探过程中会遇到各种问题,甚至会被卡住,如果嫦娥五号钻取到完整的岩芯,那这个岩芯价值巨大。

  完成2天的辛苦工作后,嫦娥五号就该启程回家了。第一步是月面上升,上升器和着陆器迎来“分别”时刻。接下来是月面上升段,“月面工作完成后,上升器以着陆器为平台起飞,经过垂直上升、姿态调整、轨道入射,进入近月点15公里、远月点180公里的上升目标轨道,飞行时间约6分钟。”中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器总体副主任设计师李青说,上升器进入目标轨道后,实施四次轨道机动,最终导引至高度为210公里的环月圆轨道上。

  “此次月面发射的窗口期很短,上升器和轨道返回组合体要精准考虑测控需求、光照需求以及姿态控制要求,以确保交会对接的顺利完成。”李青说。

  据了解,交会对接完成后,嫦娥五号将等待月地入射窗口的到来,经历多次中途修正之后,在距离地球 5000公里高度处,实现轨道器和返回器的分离。返回器将以第二宇宙速度冲向地球,在进入地球大气后,通过半弹道跳跃式再入返回技术重新跳出大气层,再以第一宇宙速度进行降落,最终返回器打开降落伞,降落在预定地点。


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