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美国俄罗斯都不敢尝试!为什么说中国嫦娥五号,挑战的是地狱难度

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  今天,长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道,开启我国首次地外天体采样返回之旅。

  

  自1976年前苏联的“月亮-24”以来,时隔四十四年后人类再一次前往月球获得月球土壤样本,嫦娥五号可以说是中国有史以来最为复杂的航天任务。

  嫦娥5号”有上升器,着陆器,返回器和轨道器。探测器整体到达月球轨道后,着陆器将携上升器一同降落至月球表面,轨道器与返回器继续环绕月球等待。接着开始进行月面采样、样品封装等操作,苏联当年只成功了三次,共取回300多克月壤,而中国嫦娥五号探测器最多可采取4公斤的月球样品,成功就是世界第二。

  

  三大难度,贯穿始终

  这次的难度主要在这几方面,首先是发射,地面发射的重任主要是在长征五号身上,而最大的难度在于月面发射,月球表面白天温度约零上180摄氏度,夜间零下150摄氏度,昼夜温差约330摄氏度,另外上升器发动机点火瞬间达到上千摄氏度,如何避免烧毁上升器和着陆器,这些对于嫦娥五号的材料提出了很高要求。

  

  着陆器降落在月球是会存在误差的,嫦娥五号必须能够精确地知道自己身处何方,状态如何,从而为上升数据注入提供依据。

  其次是着陆,在着陆过程中,嫦娥五号要在太空打水漂,普通卫星只是围绕地球旋转,速度达到第一宇宙速度(约为每秒7.9公里)就可以;在前几次中国探月飞行时,探测器也只是从地球到月球轨道,速度会越来越慢;而这次试验飞行器还包括了从月球返回地球轨道的过程,速度越来越快,再入返回大气层时的速度已接近第二宇宙速度(每秒11.2公里)。

  

  这个极高的再入大气层速度,带来一系列前所未有的特殊挑战,返回器从100多公里高度进入大气层时,这个高度的大气非常稀薄,已经不是连续的气流,而是分子气层,会产生一系列特殊的气体效应。此外在大气层中超高速飞行会对返回器产生烧蚀,其程度也比以往要高得多。

  所以我们返回器进入大气层后,通过飞行控制提升高度,在太空中滑行一段距离后再次进入大气层,然后再着陆。这个再入角误差要小于0.4度,稍有偏差要么直接一次进入大气层烧毁要么直接弹出去回不来。

  

  这种降落模式的官方说法为“半弹道跳跃式飞行”,因为它的原理和过程就像儿时玩的打水漂,因此又被形象地称为“太空打水漂”。

  最后就是封装,“嫦娥五号”将在月球选定区域--月球正面的风暴洋西北部着陆,并采用“钻取”和“表取”两种方式对月球进行采样,两种方式能够获得更多不同种类的样品,更多数量的样品。另外,表取和钻取这两种方式也可以互为备份。

  

  机械臂在采集月壤样本之后,将其通过一系列方式送入上升器中,进行第一次封装,防止其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。

  在没有人的情况下,要想全自动地实现月壤“采集-包装-转移-封装”一条龙服务,难度可想而知。一旦封装不严密,或者是机械臂不可靠,就会出现样本被污染和损毁甚至任务失败的情况,

  这些细节贯穿着这次“嫦娥五号”任务的始终,其中任何一环出了问题,都将对任务造成毁灭性的影响。

  

  月球轨道无人交会对接,世界首次

  而此次任务难度最高的就是,人类将首次在38万公里外的绕月轨道实行航天器的“无人交会对接”,人类此前三次无人月球采样任务,由于无法掌握月球轨道无人交会对接技术,采用的都是月面起飞直接返回地球的方案,这是美国俄罗斯都没有尝试过的地狱级难度。

  

  我们要知道,在月面成功发射之后,样品将由上升器携带发射升空进入月球轨道,与在月球轨道上的轨道器对接,将样品转移到返回器内部,最后轨道器携带返回器点火机动,从环月轨道直接返回地球,返回器将在再入大气层前分离,

  

  嫦娥五号能否将月球土壤带回地球,就看这次交会对接,尽管我国的空间自主交会对接工作技术已经成熟,但这些都是在地球轨道上进行的,有充足的地面站与人造卫星资源提供精准的测距、定位、导航服务,而在月球轨道附近,这些基本上没有,需要更多地让探测器自主实现。

  

  在月球轨道进行交会对接只有美国的阿波罗号实现了,这是在交会雷达测量基础上,辅以视觉手段,以人工操作完成的,而此次是无人交会对接,技术难度更高。

  此次的嫦娥五号任务,基本上可以看作是一次小型无人版的阿波罗载人登月——同样的软着陆月球后返回、同样的离开月球表面后与正在绕月轨道上运行着的返回器进行对接、同样是第二宇宙速度再入地球大气层。如最终能够成功完成,那么相当于为我国航天后续的载人登月进行了一次前期上的技术验证。

  

  总结

  首次月面自动采样与封装、首次月面起飞上升、首次月球轨道交会对接、首次带月壤高速再入返回地球,嫦娥五号可以说是中国有史以来最为复杂的航天任务,九天揽月探登驻,十六春秋绕落回,嫦娥五号不是中国航天的终点,而是新的起点,在通过嫦娥一号到五号任务完成探月工程“绕、落、回”三步之余,我国还规划了探月四期任务。我国计划在下一个十年建立小型国际月球科研站,对月球资源进行开发利用。

  

  从东方红升空,中国一直都在向星辰大海进发,无论外部如何阻挠,无论经历多少挫折,我们一直都在前行,一直都在奋进,我们中国的航天人,您们是最可爱的人,想向你们致敬。

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