探月“三步走”收官“有看頭”——中國探月工程嫦娥五號(hào)任務(wù)正式啟航

“嫦”風(fēng)破浪正當(dāng)時(shí)，“五”動(dòng)九州攬?jiān)禄亍?/p>

11月24日凌晨，中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)。長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭拖著長長的尾焰，用巨大的轟鳴打破海岸邊夜的寧靜，全速托舉中國探月工程嫦娥五號(hào)探測(cè)器劃過夜空，邁出中國首次地外天體采樣返回的第一步。這是中國探月工程“繞、落、回”三步走中的收官之戰(zhàn)，更是中國航天領(lǐng)域迄今為止最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)。

按照計(jì)劃，嫦娥五號(hào)將成為中國首顆從月球采樣后起飛的探測(cè)器，還將帶著自動(dòng)采集的約2千克月壤歸來。我們?yōu)槭裁匆ピ虑?ldquo;挖土”？地月往返的探索之旅，又將經(jīng)歷哪些“步步驚心”的時(shí)刻？

　 為什么要去月球“挖土”

“舉杯邀明月，對(duì)影成三人。”

作為地球唯一的“小伙伴”，月球是我們每個(gè)人從出生那天起就“最熟悉的陌生人”，是那個(gè)我們每當(dāng)夜幕降臨總會(huì)出現(xiàn)在天空中的仰望。

就像一面鏡子，月亮映照著蒼茫大地，也讓我們從中更好地認(rèn)識(shí)自己。月球探測(cè)的每一個(gè)大膽設(shè)想、每一次成功實(shí)施，都是人類認(rèn)識(shí)和利用星球能力的充分展示。

月壤即月球的土壤，對(duì)地球人來說蘊(yùn)藏著巨大的科學(xué)價(jià)值。為了去月球“挖土”，主要航天國家都“很拼”。

蘇聯(lián)月球16號(hào)探測(cè)器從月球取回了一塊101克的小樣本，月球20號(hào)探測(cè)器和月球24號(hào)探測(cè)器則分別采集到了55克與170克樣品。

1969年7月至1972年12月間，美國通過阿波羅11號(hào)到阿波羅17號(hào)載人飛船實(shí)施了7次載人登月任務(wù)，除了阿波羅13號(hào)因發(fā)生故障中途返回外，其余6艘飛船皆完成登月，成功將12名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約382千克。

嫦娥五號(hào)探測(cè)器由軌道器、返回器、著陸器、上升器4部分組成，任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)主要是開展著陸點(diǎn)區(qū)域形貌探測(cè)和地質(zhì)背景勘察；對(duì)月球樣品進(jìn)行系統(tǒng)、長期的實(shí)驗(yàn)室研究。

嫦娥五號(hào)任務(wù)，既是收官之作，更是奠基之作。國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇表示，嫦娥五號(hào)任務(wù)是我國探月工程“繞、落、回”三步走中“回”這一步的主任務(wù)，要實(shí)現(xiàn)月球表面采樣返回。這次任務(wù)相比已經(jīng)實(shí)施的繞月探測(cè)、落月探測(cè)來說，是一次新的、更大的技術(shù)跨越。

“我們這次的目標(biāo)是帶回約2千克月壤。經(jīng)過論證，2千克數(shù)量上不算少，工程上可實(shí)現(xiàn)。這次任務(wù)的主要考核指標(biāo)是采樣返回。采到樣品返回地球，就是成功。”裴照宇說。

“月球是我們地球的唯一天然衛(wèi)星，更是我們地球的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。”中國探月工程三期總設(shè)計(jì)師胡浩說，“因?yàn)樵虑虻奈恢谩h(huán)境、資源都非常獨(dú)特，不光是對(duì)航天技術(shù)、科學(xué)認(rèn)識(shí)的后續(xù)發(fā)展，包括對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)的后續(xù)發(fā)展，都有十分重要的意義。”

　 為什么說嫦娥五號(hào)的每一步都“步步驚心”

作為我國探月工程“繞、落、回”三步走中的收官之戰(zhàn)，不同于中國探月工程嫦娥家族的其他探測(cè)器一去不復(fù)返，嫦娥五號(hào)將有望實(shí)現(xiàn)中國航天史上的多個(gè)“首次”。每個(gè)“首次”都意味著全新的挑戰(zhàn)，每一步都堪稱“步步驚心”。

一是首次月面自動(dòng)采樣，兩種“挖法”齊上陣。

這個(gè)階段，嫦娥五號(hào)將在月面選定區(qū)域著陸，并使出渾身解數(shù)采集月壤，實(shí)現(xiàn)我國首次月面自動(dòng)采樣。來自中國航天科技集團(tuán)五院的設(shè)計(jì)師們精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。當(dāng)順利軟著陸在月球表面，嫦娥五號(hào)就開始了為期約2天的月面工作。

“只有一次機(jī)會(huì)！”中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢介紹：“我們將可能遇到設(shè)備故障、突發(fā)情況等諸多風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)月壤狀況也不知情。為了避免各種不可抗力帶來的意外，在地面上進(jìn)行了無數(shù)次試驗(yàn)，反復(fù)調(diào)試機(jī)械臂。”

二是首次月面起飛上升，全靠嫦娥五號(hào)“自己完成”。

當(dāng)完成月面工作后，嫦娥五號(hào)就要回家了，但嫦娥五號(hào)想帶著月壤回來可不容易。眾所周知，運(yùn)載火箭在地面起飛是有一套復(fù)雜的系統(tǒng)和龐大的地面隊(duì)伍作保障和支撐的。而月面起飛就完全不同，沒有一馬平川的起飛地，更沒有成熟完備的發(fā)射系統(tǒng)。

“著陸器就相當(dāng)于上升器的發(fā)射塔架，月球表面環(huán)境復(fù)雜，著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài)，這就給月面起飛帶來更大的挑戰(zhàn)。此外，這一切都要靠嫦娥五號(hào)自己在38萬公里之外的月球上獨(dú)立完成，難度和風(fēng)險(xiǎn)可想而知。”彭兢說。

三是首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接，“千里穿針、一氣呵成”。

當(dāng)著陸器托舉上升器實(shí)現(xiàn)月面起飛上升后，嫦娥五號(hào)便開始一路飛奔。但僅靠上升器是不可能返回地球的，它需要飛到月球軌道上，在這里與軌返組合體交會(huì)對(duì)接，把采集到的月壤轉(zhuǎn)移到返回器中。

在38萬公里外的月球軌道上進(jìn)行無人交會(huì)對(duì)接不僅在我國尚屬首次，也是人類航天史上的首次，這為嫦娥五號(hào)研制團(tuán)隊(duì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

為此，從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開始，一直到軌返組合體與上升器完成對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移為止，設(shè)計(jì)師們?yōu)殒隙鹞逄?hào)精心設(shè)計(jì)了交會(huì)、對(duì)接、樣品轉(zhuǎn)移、組合體運(yùn)行、軌返組合體與對(duì)接艙分離等一系列關(guān)鍵動(dòng)作，助推嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

“這種國際上的新興方案，在地面上已經(jīng)進(jìn)行了上千次的模擬，其難度相當(dāng)于千里穿針，要求一氣呵成。”中國航天科技集團(tuán)八院嫦娥五號(hào)軌道器技術(shù)總負(fù)責(zé)人查學(xué)雷說。

四是首次帶月壤高速再入返回地球，打一個(gè)“太空水漂”。

當(dāng)返回器帶著月壤，從38萬公里遠(yuǎn)的月球風(fēng)馳電掣般向地球飛來，這時(shí)它的飛行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為每秒8公里的第一宇宙速度。

“可別小看了這每秒3公里的差別，就好像扔石頭，同樣一塊石頭，從一層樓扔下來的速度和從十幾層樓扔下來的速度肯定不一樣。”彭兢說。

為此，嫦娥五號(hào)探測(cè)器的設(shè)計(jì)師們創(chuàng)新提出了半彈道跳躍式再入返回技術(shù)方案，就像“在太空打水漂一樣”，整個(gè)再入返回過程就是讓返回器先高速進(jìn)入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后以第一宇宙速度扎入大氣層、返回地面。

此外，月壤來到地球以后，也是我國首次大規(guī)模進(jìn)行月壤樣品的處理、分析和研究，相關(guān)的配套實(shí)驗(yàn)設(shè)施和設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

 是什么，讓他們探月追夢(mèng)不止步

夢(mèng)想，恰如一顆力量驚人的種子，總能在風(fēng)雨后破土而出、長成參天大樹。

從立項(xiàng)到發(fā)射，嫦娥五號(hào)經(jīng)歷了近10年的艱辛奮斗。3600多個(gè)日夜，十多萬人的努力和付出，終于將要迎來開花結(jié)果那一刻。

——是他，從少年到白發(fā)，拿著0.5克月壤發(fā)奮研究，一生為探月、逐夢(mèng)不停歇。

1978年5月，美國送給中國一塊1克重的月球巖石樣品，國家決定一半用于科研、一半向公眾展出。拿著0.5克樣品，歐陽自遠(yuǎn)和全國各實(shí)驗(yàn)室的同事們用了4個(gè)多月發(fā)奮研究，很快就發(fā)表了14篇論文。那時(shí)，歐陽自遠(yuǎn)的夢(mèng)想就是能有一塊中國自己采回來的月壤。

45年準(zhǔn)備、論證，16年探月追夢(mèng)。從年輕的科研人員到白發(fā)老院士，作為中國月球探測(cè)工程首任首席科學(xué)家的歐陽自遠(yuǎn)一干就是大半輩子，他和同事們完成了《中國首次月球探測(cè)立項(xiàng)報(bào)告》，并推動(dòng)中國的深空探測(cè)越走越遠(yuǎn)。

“生命就這么長，要把最寶貴的時(shí)光獻(xiàn)給祖國最需要的地方！是夢(mèng)想讓我們離目標(biāo)越來越近。”歐陽自遠(yuǎn)說。

——是他們，從失敗到成功，戰(zhàn)高溫、斗酷暑，用身體為火箭遮風(fēng)擋雨、用青春為航天矢志奮斗。

此次運(yùn)送嫦娥五號(hào)的“專車”，是目前我國運(yùn)載能力最大的長征五號(hào)火箭，從設(shè)計(jì)之初便瞄準(zhǔn)探月和深空探測(cè)等一系列重大航天任務(wù)，但第二次發(fā)射的失敗，卻不得不讓中國航天放慢了腳步，但航天人從來沒有因此自暴自棄，而是繼續(xù)迎難而上。

作為火箭系統(tǒng)的“01指揮”，來自中國航天科技集團(tuán)一院總體部的黃兵是對(duì)火箭最熟悉和了解的人之一。每次發(fā)射，這個(gè)愛跑步的航天專家就像一名戰(zhàn)士，不顧海南的高溫和熱浪，絲毫不敢放慢腳步，緊跟在火箭后面，小心翼翼地守護(hù)著。

回憶長征五號(hào)遙三火箭復(fù)飛前的那幾天，黃兵說：“那時(shí)的自己真正感受到什么叫緊張，在操場(chǎng)上一圈一圈地跑，一直跑了20多公里，直到精疲力竭……”

“如今，我們已經(jīng)走出至暗時(shí)刻，必將走得更遠(yuǎn)。”黃兵說。

——是他們，花小錢辦大事，把每一分錢都花在刀刃上，指標(biāo)不降、經(jīng)費(fèi)不超、工期不拖，精打細(xì)算地鋪就了中國的探月之路。

中國探月工程是高效、低投入、高產(chǎn)出的典范，與美國動(dòng)輒數(shù)億美元的探測(cè)器相比，性價(jià)比極高。

“中國的探月工程，正是精打細(xì)算鋪就了探月之路，送嫦娥上天、采月壤返回，充分體現(xiàn)了集中力量辦大事的制度優(yōu)勢(shì)。”國家航天局探月與航天工程中心主管王正偉說。

為達(dá)到功能最優(yōu)，嫦娥五號(hào)每一部分的重量都“克克計(jì)較”，用了兩年時(shí)間進(jìn)行“減重”；為實(shí)現(xiàn)好世界首次月軌交會(huì)對(duì)接，探月人進(jìn)行了60余個(gè)專項(xiàng)試驗(yàn)，以期充分驗(yàn)證、不留疑點(diǎn)；國家航天局還組織全國專家，進(jìn)行全過程質(zhì)量管控。

千萬顆心，連著太空；億萬雙手，托舉航天。未來，中國人探索宇宙的腳步還將走得更遠(yuǎn)。

“在探測(cè)太空的領(lǐng)域，中國不能缺席。”中國航天科技集團(tuán)八院嫦娥五號(hào)探測(cè)器副總指揮張玉花說，從奔月到“闖”月、從跟跑到并跑，中國人在不停求索，部分領(lǐng)域已經(jīng)開始領(lǐng)先。

探月工程三期實(shí)施過程中，國家航天局對(duì)后續(xù)的月球探測(cè)進(jìn)行了論證，規(guī)劃了嫦娥七號(hào)和嫦娥八號(hào)任務(wù)，這兩次任務(wù)目標(biāo)是建設(shè)月球科研站基本型。中國向國際社會(huì)發(fā)出倡議，希望與世界各國合作，共建國際月球科研站，這將為月球科學(xué)探測(cè)和月球相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)提供共享平臺(tái)。

“這次嫦娥五號(hào)肩負(fù)著月球采樣返回的光榮使命，我們的天問一號(hào)也正在飛向火星的路上，我們還要飛得更遠(yuǎn)，去探測(cè)木星、小行星并建設(shè)我們的國際月球科研站。中國已經(jīng)昂首進(jìn)入了深空探測(cè)的新時(shí)代。”歐陽自遠(yuǎn)說。（據(jù)新華社）