嫦娥“五姑娘”完美落月，開始“挖土”！

　　北京時間12月1日23時11分，在經(jīng)歷了為期一周的地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行之旅后，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近的預選著陸區(qū)，并傳回著陸影像圖。

　　作為中國探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號任務將從月球采集約2千克月球樣品返回地球。嫦娥五號探測器軟著陸于月球哪個區(qū)域？探測器如何穩(wěn)穩(wěn)地降落？降落后又將如何開展“挖土”作業(yè)呢？

　　落在哪？

　　據(jù)中國國家航天局消息，12月1日22時57分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開始實施動力下降，7500牛變推力發(fā)動機開機，逐步將探測器相對月球速度從約1.7 公里/秒降為零。

12月1日拍攝的嫦娥五號探測器著陸畫面。新華社記者 金立旺 攝

　　期間，嫦娥五號探測器進行快速姿態(tài)調(diào)整，逐漸接近月表。此后進行障礙自動檢測，選定著陸點后，開始避障下降和緩速垂直下降，平穩(wěn)著陸于月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。著陸過程中，著陸器配置的降落相機拍攝了著陸區(qū)域影像圖。

　　成功著陸后，著陸器在地面控制下，進行了太陽翼和定向天線展開等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作，將正式開始持續(xù)約2天的月面工作，預計將采集2千克左右的月球樣品。

　　此前，美國阿波羅計劃從月球累計帶回380多千克月球樣品，蘇聯(lián)依靠無人飛行器分3次共獲得了300余克月壤；但美國、蘇聯(lián)等國家的航天器均未到訪過呂姆克山脈附近。

　　中國科學院院士、中國探月工程首任首席科學家歐陽自遠曾表示，中國選擇的著陸點距離阿波羅計劃著陸點有上千公里距離，將會迎來新的現(xiàn)象、新的發(fā)現(xiàn)。

　　全國空間探測技術(shù)首席科學傳播專家龐之浩告訴中新社記者，月球正面風暴洋相對較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，存在大約13億至20億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助于推進對月球火山活動和演化歷史的認識。它可以填補科學家對月球火山活動研究的一個重要空白。

　　“據(jù)月球科學家介紹，此前對美、蘇獲取月壤樣品的研究表明，月球上的火山活動在35億年前達到頂峰，然后減弱并停止。但對月球表面的觀測發(fā)現(xiàn)，某些區(qū)域可能含有最近10至20億年前才形成的火山熔巖，這與嫦娥五號著陸地區(qū)的年齡相仿。如果嫦娥五號采回的樣本能夠證實這段時間月球仍在活動，將改寫月球的歷史。”龐之浩說。

嫦娥五號探測器軟著陸后降落相機拍攝的圖像 來源：國家航天局

　　怎么落？

　　在選定呂姆克山脈以北地區(qū)作為著陸點后，嫦娥五號著陸上升組合體如何在短時間內(nèi)完成一系列難度系數(shù)很大的動作，穩(wěn)穩(wěn)地降落在月球表面？

　　中國航天科技集團五院專家告訴記者，歷經(jīng)主動減速、快速調(diào)整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段，嫦娥五號這穩(wěn)穩(wěn)的一落看似輕盈輕松，卻蘊藏著科研人員的眾多智慧和積淀。此次嫦娥五號落月有四大看點。

　　看點一：“選址準、落得穩(wěn)”

　　嫦娥五號任務的落月和近月制動一樣，有且只有一次機會，必須一次成功。由于涉及采樣后上升器的月面起飛，所以，嫦娥五號落月的過程也是為后續(xù)上升器月面起飛選擇“發(fā)射場”。

　　相較于嫦娥三號、四號，嫦娥五號對于著陸點的位置精度和平整度方面的高要求是空前的，這需要著陸區(qū)域內(nèi)無太高的凸起、無太深的凹坑，坡度要符合任務要求。

　　為實現(xiàn)“選址正確、落得準確”，嫦娥五號采用了五院502所在嫦娥三號和四號上應用的“粗精接力避障”方式。著陸上升組合體在飛到距離月面100米時會懸停一下，通過對選定區(qū)域拍照，精確識別選好落點。之后，著陸上升組合體再斜向下飛行，邊下降邊注意避障，飛到選定著陸點的正上方后豎直下降，在距離月面較近時提前關(guān)閉主發(fā)動機，然后利用著陸腿的緩沖實現(xiàn)軟著陸。

　　看點二：著陸緩沖“顯身手”

　　落月的關(guān)鍵在于平穩(wěn)二字。嫦娥五號著陸上升組合體在落月時，撞擊月面會形成較大的沖擊載荷，必須設(shè)計相應的著陸緩沖系統(tǒng)，吸收著陸的沖擊載荷，保證探測器不翻倒、不陷落，這是落月的技術(shù)難題之一。著陸緩沖機構(gòu)，通俗地說，就是嫦娥五號的“腿”。

　　與嫦娥三號的著陸緩沖設(shè)計方案相比，由于任務難度增加，嫦娥五號任務的著陸緩沖能力要求提高了30%，但機構(gòu)重量指標卻減少了5%。嫦娥五號的“腿”繼承了嫦娥三號、嫦娥四號的良好基因，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證收攏簡單、展開可靠，解決了著陸緩沖、著陸穩(wěn)定性等多方面問題，確保嫦娥五號穩(wěn)定可靠地完成與月球的“親密擁抱”。

　　看點三：“天黑請閉眼”

　　在降落的過程中，嫦娥五號著陸上升組合體距離月面較近時，主發(fā)動機會激起月塵，容易觸發(fā)月塵污染星敏感器，從而影響上升器后續(xù)的月面起飛。

　　為了不讓月塵“迷了上升器的漂亮眼睛”，科研人員特別設(shè)計了一個蓋子。在距離月面一定的高度時把星敏感器的鏡頭蓋起來，待落月之后月塵散去，再通知星敏感器把蓋子打開，這一睜一閉之間，著陸器和上升器組合體已經(jīng)順利著陸在月亮之上。這一過程被科研人員親切地稱為“天黑請閉眼”。

　　看點四：定向天線“一線牽”

　　落月牽動著國人的心。38萬公里外的嫦娥五號正經(jīng)歷著什么樣的考驗？所有的訊息，都需通過著陸上升組合體的一口小小的“鍋”來傳送遙測數(shù)據(jù)。這個“小鍋”就是定向天線——把探測器上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)射轉(zhuǎn)換裝置。

　　從月球把數(shù)據(jù)發(fā)送回地球，通信的距離相比地面手機通信遠了幾萬倍，這就需要采取特殊的對地定向天線來發(fā)送數(shù)據(jù)?？蒲腥藛T設(shè)計的定向天線包含了反射面天線輻射器、雙軸驅(qū)動機構(gòu)。為了使整器減重，此款反射面天線極致輕量化設(shè)計，相比同類天線減重40%以上，既輕便又可靠。

　　中國航天科技集團五院專家表示，雙軸驅(qū)動機構(gòu)就像人的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)，驅(qū)動反射天線輻射器靈活地轉(zhuǎn)動，確保“小鍋”始終對準地面，向地球傳送嫦娥五號落月的遙測數(shù)據(jù)。

嫦娥五號著上組合體模擬圖。北京飛控中心供圖

　　咋“挖土”？

　　嫦娥五號任務是中國目前技術(shù)難度最大、系統(tǒng)組成最復雜的航天任務之一。成功著陸在月球后，嫦娥五號探測器將開展為期約 2 天的月面工作，“使出渾身解數(shù)”采集約2千克月球樣本，實現(xiàn)中國首次地外天體采樣。

　　科研人員為嫦娥五號精心設(shè)計了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。探測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”，將采取深鉆、淺鉆，以及“鏟土”“挖土”“夾土”等方式，采集約2千克“月壤”，并進行密封封裝。

　　“我們的目標是兩公斤，經(jīng)過論證，兩公斤是數(shù)量上不算少，工程上可實現(xiàn)?！敝袊鴩液教炀痔皆屡c航天工程中心副主任、嫦娥五號任務新聞發(fā)言人裴照宇說，“但是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。”

　　根據(jù)日、地、月的運動關(guān)系，以及工程各種約束條件，嫦娥五號任務的總周期是22至23天，各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。此次任務將創(chuàng)造五個“中國第一”。

　　“一是地外天體的采樣與封裝，二是地外天體的起飛，三是月球軌道交會對接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是月球樣品的分析和研究，這在我國都是首次。”裴照宇說。

　　從發(fā)射升空到成功落月，38萬公里，7天抵達，800多秒驚心動魄的下降，嫦娥五號探測器的表現(xiàn)近乎完美。

　　這是中國探測器第三次在月球表面成功軟著陸，距離月球采樣返回的夢想更前進了一大步。期待嫦娥“五姑娘”圓滿完成“挖土”工作，順利返回地球！(郭超凱)

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