「嫦五」探月有何難?月球「挖土」有何用?

2020-11-25 10:59
來源:中新社

 11月24日4時30分,長征五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器,順利將探測器送入預定軌道,開啟中國首次地外天體採樣返回之旅。

 這是中國探月工程「繞、落、回」三步走中的收官之戰,更是中國航天領域迄今為止最複雜、難度最大的任務之一。「嫦五」探月有何難?月球「挖土」有何用?24日,中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器總體副主任設計師李青接受中新社專訪,進行權威解讀。

    李青表示,中國探月工程按照「繞、落、回」三步走戰略,目前已成功執行五次任務。嫦娥五號探測器設計了兩種採樣方式,分別是鑽取採樣和表取採樣。鑽取採樣是用一個約2米(長)的鑽杆鑽入月表內部,採集兩米深度、約0.5千克的樣品。表取採樣是用機械臂進行多點採樣,採樣區域包括平地,撞擊坑、凸起、小石塊都可以作為採樣樣品,這些樣品的分布不同,具有不同地質特點,也有不同演化歷史,可以大幅提高科研價值。鑽取採樣和表取採樣後分別進行封裝,再對樣品容器進行密封,以保證樣本在返回過程中不受到外界環境的污染。

 李青(上圖)稱,嫦娥五號探測器任務技術難點主要表現在軌道設計、月面採樣封裝、月面起飛上升、月球軌道交會對接與樣品轉移等方面。

 首先是月球軌道設計複雜。因為嫦娥五號探測器的飛行階段多,各個階段軌道方案耦合緊密,涉及測控、運載和著陸場的多種限制,約束條件多,飛行過程還涉及月面起飛、軌道交會對接、月地軌道等新的飛行階段,在以前「繞」和「落」任務中是沒有涉及的。飛行過程複雜,軌道設計難度較大,在標稱軌道設計方案上還需要考慮推進劑資源受限的情況下制訂各種預案,對軌道設計也是全新的挑戰。

 第二是月面採樣封裝技術,這是全新的技術,也是嫦娥五號月球無人採樣返回任務的核心環節之一。該任務採用鑽取和表取結合,多點採樣方式,採樣裝置是全新研製,技術新、難度大,需要考慮飛行任務及探測器的測控、光照條件、電源、熱控等各種約束,採樣期間面臨月面持續高溫的工作環境,同時採樣任務時序緊張、機構動作多、不確定因素多。

 第三是月面起飛上升驗證比較難。由上升器、著陸器和月面構成的月面起飛系統,其初始狀態源自著陸上升組合體著陸月面的場坪條件、著陸的姿態及方位等條件,月面起飛初始條件無法像運載火箭和導彈一樣在地面由地面人員完成測調和確認,必須依靠自主定位定姿方式確定起飛的初始狀態。面對傾斜發射的情況,需要明確起飛穩定性的各種因素及其耦合的影響,依靠精確的定姿能力完成空中對準以實現精確入軌。與常規的航天器面臨的羽流環境不同,上升器發動機在受限空間中點火是有非常複雜的羽流力熱效應,需要通過大量的地面仿真和試驗去進行驗證。

 第四是月球軌道交會對接與樣品轉移自主要求高。與近地軌道交會對接不同,嫦娥五號月球軌道交會對接沒有衛星導航信號的支持,對接與樣品轉移過程的自主要求很高。同時在月球交會對接過程中,地面測控支持能力受到限制,受到對接機構大小的限制,對接精度要求較高。嫦娥五號探測器對接與樣品轉移機構在保證對接精度的同時還必須滿足樣品轉移的相關要求。對接機構與樣品轉移機構的一體化設計,也是該技術研究中的難點。

 11月24日4時30分,中國在文昌航天發射場,用長征五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器。  中新社

 李青說道,完成探月三步走標誌着中國掌握了全面的月球無人探測技術。通過探月工程的研究成果,大幅提高了中國科學家對月球地形地貌及地質構造、物質成分、月壤特性、月面環境等的全球性、整體性與綜合性的認識,使中國掌握了第一手的月球探測數據,為後續的月球探測工程和月球科研站選址與建設提供了科學依據。

 嫦娥奔月的神話傳說寄託了中國古人對月球的美好幻想。根據目前月球探測歷程所取得的成果和未來的月球探測計劃,建立月球家園——也就是建立支持長期人員生存的綜合型月球科研站,或者叫月球村——實際上已經被提上計劃日程,從技術上講雖然還有很多關鍵技術有待去突破,但是應該已經沒有太多科幻成分。這也是人類航天事業發展的大勢所趨。

[責任編輯:黃鶯]
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