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嫦娥五号完成月面采样,首次在地外天体点火起飞
今别月宫去 采得月壤归(科技自立自强·逐梦深空)
《 人民日报 》2020-12-04 11:04

 

  在北京航天飞行控制中心拍摄的嫦娥五号上升器飞行过程。
  新华社记者 金立旺摄

 

 

  嫦娥五号探测器在月球表面自动采样。
  国家航天局供图

  核心阅读

  12月3日23时10分,嫦娥五号上升器点火起飞,携带月壤进入预定环月轨道,实现我国首次地外天体起飞。此前,嫦娥五号探测器经过约19小时月面工作,顺利完成月球表面自动采样。随后,上升器将把样品转移到返回器,返回器将等待合适的月地入射窗口,做好返回地球的准备。

  记者从国家航天局获悉:12月3日23时10分,嫦娥五号上升器月面点火,3000牛发动机工作约6分钟后,顺利将携带月壤的上升器送入到预定环月轨道,成功实现我国首次地外天体起飞。

  上升器月面点火

  经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段

  专家介绍,与地面起飞不同,嫦娥五号上升器月面起飞不具备成熟的发射塔架系统,着陆器相当于上升器的“临时塔架”,上升器起飞存在起飞初始基准与起飞平台姿态不确定、发动机羽流导流空间受限、地月环境差异等问题;此外,由于月球上没有导航星座,上升器起飞后,需在地面测控辅助下,借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿。

  点火起飞前,着上组合体实现月面国旗展开以及上升器、着陆器的解锁分离。此次国旗展开是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”,回传影像显示,五星红旗在阳光照耀下,“中国红”格外鲜艳。

  点火起飞后,上升器经历垂直上升、姿态调整和轨道射入3个阶段,进入预定环月飞行轨道。随后,上升器将与环月等待的轨返组合体交会对接,将月球样品转移到返回器,后者将等待合适的月地入射窗口,做好返回地球的准备。

  设计两种“挖土”模式

  钻取和表取互为备份、先后开启

  12月2日22时,经过约19小时月面工作,探月工程嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样,并已按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中。

  据介绍,嫦娥五号探测器成功着陆月面后,开展了太阳翼展开、机构解锁等相关准备工作,之后就进入了“挖土”的工作模式。国家航天局探月与航天工程中心副主任、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇介绍,此次嫦娥五号探测器自动采样任务采用表钻结合、多点采样的方式,设计了钻具钻取和机械臂表取两种模式。

  据介绍,钻具钻取主要获得月面以下的样品,而机械臂表取则主要获得月球表面样品,两种模式互为备份。

  这两种模式并不是同时进行。首先开启的是钻取模式,截至12月2日4时53分,嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装。接着,机械臂表取装置开始在月面自动采样并封装,截至12月2日22时,嫦娥五号顺利完成月球表面自动采样,并已按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中。专家介绍,为确保月球样品在返回地球过程中,保持真空密闭以及不受外界环境影响,探测器在月面对样品进行了密封封装。

  为了顺利完成采样任务,着陆器随身携带了钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“神器”。中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器系统副总设计师彭兢介绍,机械臂表取可以想象成类似人手的装置,在腕关节设有两个采样装置,很像挖土的铲子;钻具钻取则可以钻入月球内部,钻取月壤岩芯。它们科学分工,精密配合,采取深钻、浅钻、“铲土”“挖土”“夹土”等各种方式,采集月壤样品并进行密封封装。

  月面地面紧密配合

  搭载多种“神器”,为采样提供信息支持

  在设计过程中,科研人员充分考虑了月面可能会遇到的各种复杂情况,希望能够尽量多获取不同种类和数量的月壤样品。中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器研制团队进行了几百次试验、数十种工况模拟、多次采样封装演练,确保采样过程的可靠性。

  而在实际的采样、封装过程中,嫦娥五号在月面辛勤“忙碌”着,科技人员在地面实验室也根据探测器传回的数据,仿真采样区地理模型并全程模拟采样,为采样决策和各环节操作提供了重要依据。着陆器配置的月壤结构探测仪等有效载荷正常工作,按计划开展科学探测,并给予采样信息支持。此外,嫦娥五号还配置了降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷。探测器钻取采样前,月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断,为采样提供数据参考。

  采样难度系数高

  考虑光照条件、电源、热控等约束

  裴照宇在之前接受采访时表示,“作为对这次任务的考核,我们的目标是采样返回,采到样品,返回地球,就是成功,不管带多少,都是成功!”之所以这么说,是因为首次月面采样的难度系数非常高。

  彭兢介绍,月面采样装置是全新研制的,技术新、难度大,需要考虑飞行任务以及探测器的测控、光照条件、电源、热控等各种约束。采样期间还要面临月面高温的工作环境,月球表面白天温度超过100摄氏度,无人采样器要在这么高的温度下正常工作,挑战可不小。再加上采样任务时序紧张、机构动作多、不确定因素也很多,这些都增加了首次月面采样的难度。

  据介绍,20世纪六七十年代,美国和苏联先后实现有人和无人月球采样返回。美国实施的是有人采样方式,在6次登月计划中采样量达380多公斤;苏联实施了3次无人采样方式,共采集月壤300余克。

  距人类上一次从月球采样至今,已有40多年的时间没有拿到新的月球样品。科学家表示,对月壤的研究不仅涉及月球本身,还包含太阳系空间物质和能量的重要信息。将月球的月壤等关键性样品运回地面实验室供科学家精准分析研究,有利于进一步了解月球的状态、温度、物质含量等重要信息,深化对月壤、月壳和月球形成演化的认识。

 

 

  稿源: 《 人民日报 》 )
  作者: 冯 华 喻思南 )
  编辑: 肖扬 )
 
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