“胖五”就位嫦娥“五妹”将奔月:出发,去月球“挖土”

发表时间: 2020-11-24 14:06:03 近日浏览量: 42256
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  “胖五”就位 嫦娥“五妹”即将奔月

  出发 去月球“挖土”

  任务难度大

  完成“2+2+2+1”探月飞行:两次发射、两次着陆、两次封装、一次交会对接

  实现四个我国“首次”:首次在月面自动采样;首次从月面起飞;首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接;首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球

  研究价值高

  “五妹”将在月球正面最大的月海风暴洋北部吕姆克山脉附近着陆

  “挖土”取样地富集铀、钍、钾等放射性元素,存在于大约13亿至20亿年前的玄武岩

  人类目前尚未有这一时段的月壤样本

  本报记者 郜阳

  这几天,文昌卫星发射中心热闹非凡。一位体重800多吨的客人——被我们亲切称为“胖五”的长征五号遥五运载火箭悄然到访。这回,“胖五”将带着嫦娥“五妹”奔向月球。而仅在四个月前,“胖五”陪伴“天问一号”探测器踏上我国首次火星探索之旅。

  11月17日上午,长征五号遥五运载火箭和嫦娥五号探测器在中国文昌航天发射场垂直转运至发射区。垂直转运标志着长征五号火箭和嫦娥五号探测器完成了前期总装、测试等一系列工作,这对器件组合体正静静等待着倒计时的号令声。

  遥远的月球背面,“四姐”嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”月球车已迎来第24月昼。而作为新的使者,嫦娥五号将开展月表采样返回任务,替我们带回月球的第一抔土。“五妹”的这次月球之旅,也是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。

  完成“绕落回”目标

  作为地球的邻居,月球对地球的影响十分深远,很多生命现象与月相及月球公转周期息息相关。

  对于中国航天而言,月球更是迈向深空的“前哨站”。早在2004年,中国正式开展月球探测计划,在国务院正式批准绕月探测工程立项后,工程的领导小组便将其命名为“嫦娥工程”,而第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。

  大家最常听到的关于月亮的神话,应该就是“嫦娥奔月”了吧——因为吃了长生不死之药,嫦娥飞到天上,居住在月宫。中国探月工程用这个神话传说中的人物来命名,弘扬了中国传统文化,也表达了“奔月”这个主题。

  2007年,嫦娥一号发射升空,开启了我国月球探测的第一段旅程。随后,我国接二连三地向月球及周边发射了一系列航天器。除了大家耳熟能详的“嫦娥”系列之外,还有2014年发射的“嫦娥五号T1”试验器,以及2018年发射的“鹊桥号”地月中继卫星等。

  嫦娥工程按计划分为无人月球探测、载人登月以及建立月球基地三个阶段。从嫦娥“大姐”到“五妹”,都属于无人月球探测阶段。而无人探测又分“绕”“落”“回”三步走——

  “绕”为第一步。首先实现卫星绕月飞行探测。这一阶段主要任务在于研制和发射能够探测月球的卫星,卫星和火箭的研制为后续工作铺路。绕月时可利用很多仪器对月球拍照、观测。“落”为第二步。探月飞船一般是主飞船绕着月球飞,然后探测器降落到月球表面。这个阶段要开展“软着陆”和月球表面的勘察。“回”为第三步。这个阶段需要能把月球车采集到的样品带回来的技术。“回”不是指绕月球飞行的卫星回来,而是说登上月球的探测器能回到地球。

  九天揽月星河阔,十六春秋绕落回。从嫦娥一号拍摄的全月球影像图,到嫦娥二号首次实现我国对小行星的飞跃探测,再到嫦娥三号成功实现落月梦想、嫦娥四号实现人类探测器首次月背软着陆揭开月球背面神秘面纱……嫦娥“姐妹”们带着国人的奔月梦,一步一个脚印踏实向前。即将启程的嫦娥五号,就要实现我国月球探测“绕、落、回”三个步骤中的最后一步。顺利的话,这次探测还将让人类在44年后,再次带回月球馈赠的“伴手礼”。

  完成月球“绕、落、回”的目标,对中国航天而言,只是一个开始——“六妹”“七妹”和“八妹”已经领命,计划实现月球南极采样返回,甚至尝试在月面上“3D打印”房子……

  带回月球“伴手礼”

  中国探月工程首席科学家、中国科学院院士、被誉为“嫦娥之父”的欧阳自远在中科院格致论道讲坛上介绍,将要发射的“嫦娥五号”会着陆在月球正面的一个地方,这个地方有很多复杂的科学问题。“我们一定能够得到很多样品,大概要采样2公斤到3公斤的样品,供全国的科学家来进行研究。”

  虽然月壤在月球上唾手可得,但是对地球人来说却蕴藏着极大的科学价值。月壤是研究月球的样本,由月球岩石在遭受陨石撞击、太阳风轰击和宇宙射线辐射等空间风化作用后形成,其中有大量的月球岩石碎块、矿物及陨石等物质。科学家通过研究这些月壤物质,既可以了解月球的地质演化历史,也可以为了解太阳活动等提供必要的信息。

  每个打开微信的瞬间,你都会看见这幅熟悉的画面:地平线划出一道微微发光的弧度,一个黑色的小人站在上面,凝视着天空中那颗美丽的地球。这不是电脑制作的虚拟图,而是基于一张真实的照片,它有个广为流传的可爱昵称:蓝色弹珠——由美国宇航员尤金·瑟南用哈苏照相机在执行“阿波罗17”号登月飞行时在太空中拍摄。小人脚下的大地,则普遍被认为就是月球。

  在1969年7月至1972年12月,美国通过“阿波罗11”号到“阿波罗17”号载人飞船实施了7次载人登月任务,除了“阿波罗13号”因发生故障中途返回,其余6艘飞船皆完成登月,成功将12名航天员送上月球,共带回月壤和月岩样品约381.7千克。而苏联月球16号探测器从月球丰饶海取回了一块101克的小样本;月球20号探测器和月球24号探测器则分别从阿波罗尼厄斯高地和月球危海采集到了55克与170克样品。

  通过这些月球馈赠的“伴手礼”,科学家们取得了丰硕的成果。研究显示,月壤中存在氦-3,这种元素具有安全、清洁、高效的能源特点。按照目前地球的能源消耗规模,月球上的氦-3用于核聚变发电后,能够满足人类约一万年的能源需求。

  欧阳自远是这样描述此次“挖土”任务的:“嫦娥五号会有一个铲子铲样品,还会在月球上打钻取样,把所有的样品取下来后放在返回舱里面。”据了解,嫦娥五号的取样地址具有很高的研究价值。“五妹”将在月球正面最大的月海风暴洋北部吕姆克山脉附近着陆,风暴洋相对较年轻,富集铀、钍、钾等放射性元素,该地存在于大约13亿至20亿年前的玄武岩,而人类目前尚未有这一时段的月壤样本。

  国际顶尖学术期刊《自然》(Nature)在近期一篇题为“中国将取回40年来的第一块月球岩石”的文章中提到,嫦娥五号获取的样本将填补科学家对月球火山活动理解上的一个重要空白。此前,美国和苏联的月球任务所获得的岩石表明,月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰,随后逐渐减弱并停止。但对月球表面的观测发现,某些区域可能含有最近10亿至20亿年前才形成的火山熔岩——如果嫦娥五号的样本证实这段时间月球仍在活动,那么月球历史将可能被改写。

  中科院上海技术物理研究所研究员何志平在第三届世界顶尖科学家论坛之青年天文物理会议上介绍,月球矿物光谱分析仪是嫦娥五号探测器上的主要有效载荷,用以完成对月面目标的光谱探测和分析任务,为采样区月表物质成分和资源勘察,以及样品实验室测量结果比对研究提供科学数据。

  体验太空“打水漂”

  和“姐姐”们相比,“五妹”的结构复杂得多,足有4个主要部件:上升器、着陆器、再入器和轨道器,而嫦娥一号与嫦娥二号仅是一个轨道器,嫦娥三号与嫦娥四号也只有一个着陆器和一个巡视器。

  从任务操作来看,“嫦娥五号”探月飞行可用“2+2+2+1”概括。即两次发射:地面发射与月面发射;两次着陆:月面着陆与地球着陆;两次封装:月面封装与月轨封装;还有一次交会对接:月轨对接。

  能否将来自月球的“纪念品”顺利带回地球,是“五妹”此次奔月之旅成功与否的关键。由于月球与地球的距离遥远,在离开月球返回地球的路上,火箭的速度会不断上升,在进入地球大气层时,会以第二宇宙速度左右的高速再入。“糟了,返回舱高速地撞击地球的大气层就会一直燃烧着,会把我们采集回来的样品全部烧掉。”欧阳自远表示,“所以我们采取了一个办法,当返回舱下降到大气层弹道一半的时候,就不能再下降了,让它跳出大气层,再下降。就像小孩儿在水面上用石头打一个水漂,把石头砸进去,再冒出来,再落下去,如此返回舱的速度就慢了。这样的话,我们就可以利用降落伞让它降落下来,就比较安全了。”

  这一俗称“太空打水漂”的方案是否可行?答案是肯定的——在2014年,我国就利用“嫦娥五号T1”试验器“舞娣”开展了测试,再入器样件在经过了长时间的再入之后,平稳地落在了预定的落区范围内,验证了再入技术的可靠性。

  “挖土”之后的两次“打包”也是一大挑战。嫦娥五号机械臂在采集月壤样本之后,将之通过一系列方式送入上升器中,予以第一次封装,防止在离开月球的过程中出现损耗。第二次封装则是上升器的月壤转移到再入器中,来保护月壤样品不受再入时恶劣环境的影响。在完全无人操作的情况下,如何做到“严丝合缝”对“五妹”而言难度不小。如果万事如意,嫦娥五号将实现我国开展航天活动以来的四个“首次”:首次在月面自动采样;首次从月面起飞;首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接;首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

  祝福嫦娥五号一路顺利!顺利奔月,顺利“回家”!

【编辑:黄钰涵】
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