我国首次地外天体起飞!“嫦娥”5号创造历史
照片提供:国家航天局,图片摄影:张高翔
北京航天飞行控制中心工作画面。供图:我们的太空
月面起飞,相当困难!
在地球上起飞,有火箭这个庞大的运载工具。可“嫦娥”在月球上可没有随身带火箭,怎么起飞呢?事实上上升器自身是具备类似火箭的推进功能的,我们看到有一个很大的尾喷口。
由于在月球上的重力仅是地球上的1/6,起飞相对“轻松”一点。
但是此次月面发射的窗口期很短,保证其在极短时间内保持稳态上升的难度很大。
地面上发射前的各种保障月面上没有了,如果着陆时不是四平八稳的,那发射时可能起始就是偏的。没有发射塔架系统的配合,着陆器相当于上升器的“临时塔架”。发射后火焰也没办法通过水冷却再通过导流槽从左右排出。
由于月球上没有导航星座辅助,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。
因此月面起飞轨道设计、月面起飞测控和发动机羽流导流都是咱们第一次要克服的难点。
上升器将经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段,进入到相应的环月飞行轨道。
这仅仅是“嫦娥”5号创造的我国航天的1个“首次”,还有好几个呢。
我们一个一个来说,首当其冲的就是“嫦娥”5号首次完成了在月面自动采样。
为什么要去月球上挖土?
月壤保留着受地外星体的撞击,以及受到宇宙射线辐射和太阳风轰击等空间风化作用后的原始痕迹,因此,研究它有利于了解月球并间接了解宇宙。同时可以为未来月球基地选址和建造提供依据。
月球采样返回可以是无人也可以是有人的,苏联曾进行过3次无人月球采样返回,美国曾进行过6次载人月球采样返回。那么同是无人彩样,苏联3次总共只带回300余克月球样品。
苏联月球16号月球采样返回探测器
而我国这次一共带回了2000克月壤。其中钻取的样品是约500克,表取的样品是约1500克。
刘屹/绘
钻取,用的是岩心钻探机,在月面自动打钻取岩芯,在月球深层采样,取得月面一定深度下的样品。它可以钻取月面下2 米深度的月岩样本。
表取,即在月球表面铲取月壤。我其实一直好奇,没有笤帚,簸箕怎么在月表扫土。
去了月壤,从月球上起飞了,2天后,上升器与在月球轨道飞行的轨道器+返回器一起将完成我国航天的又一个“首次”:首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接。
苏联的3次无人探测一共才带回来300余克月壤,主要是因为当时没有掌握月球轨道无人交会对接技术。
苏联当时的方案是月面起飞直接返回地球,这样其上升器需要克服返回舱与大量燃料死重,因此极大压缩了采样重量。
要解释交会对接,咱们先来了解一下“嫦娥”5号的机构,它由上升器、着陆器、轨道器、返回器4个部分像“葫芦娃”一样“串”在一起。
其中着陆器+上升器着陆月球,轨道器+返回器一直绕着月球飞,着陆的上升器与绕飞的组合体在月球轨道无人对接之后,将月壤移交给返回器带回地球,上升器就留在月球轨道了。
有了交会对接,月面起飞的时候就只需少量燃料就能带回相对多的月壤,因此咱们无人采样的月球样品重量呈几何级提高,至少为2000克。