嫦娥五號(hào)將實(shí)現(xiàn)的“四個(gè)首次”

文/ 鄭恩紅 龐丹

▲ 嫦娥五號(hào)探測(cè)器

“5、4、3、2、1，點(diǎn) 火！”11月24日凌晨，我國探月三期工程收官好戲震撼開幕，本次任務(wù)的“四個(gè)首次”引發(fā)了高度關(guān)注。

第一，首次在月球上“挖土”并打包。作為此次任務(wù)的核心關(guān)鍵之一，月球采樣封裝是嫦娥五號(hào)任務(wù)中最引人注目的一個(gè)環(huán)節(jié)。在月面工作約2天時(shí)間內(nèi)，嫦五探測(cè)器將使出渾身解數(shù)采集月壤，實(shí)現(xiàn)我國首次月面自動(dòng)采樣。

設(shè)計(jì)師們精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。嫦五探測(cè)器隨身攜帶的鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”，將采取深鉆、淺鉆等各種方式，采集約2公斤月壤并進(jìn)行密封封裝，經(jīng)月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等過程將月球樣品安全送至地球。

第二，首次月面起飛上升。當(dāng)嫦五探測(cè)器完成月面工作后，就要開始為順利“回家”做準(zhǔn)備，月面起飛上升是第一步。事實(shí)上，這相當(dāng)困難。

眾所周知，火箭在地球上起飛有一套完備的發(fā)射塔架系統(tǒng)，起飛位置和飛行軌道都經(jīng)過了精心測(cè)算。而月面起飛恰好相反，它沒有成熟完備的發(fā)射塔架。雖然著陸器就相當(dāng)于上升器的發(fā)射塔架，但月球表面環(huán)境復(fù)雜，著陸器不一定處于平穩(wěn)狀態(tài)，這就給起飛帶來了很大的難度。

為了確保上升器能夠順利起飛上升，航天科技集團(tuán)中國空間技術(shù)研究院嫦娥五號(hào)研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，并建立了一整套環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)，為嫦五探測(cè)器“回家”保駕護(hù)航。

第三，首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接。嫦五探測(cè)器在月面起飛上升后，僅僅依靠上升器并不能返回地球，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。

在中國的太空探索歷程中，近地軌道交會(huì)對(duì)接技術(shù)已經(jīng)不斷成熟，但在38萬公里外的月球軌道進(jìn)行無人交會(huì)對(duì)接是國內(nèi)首次，也是人類航天史上的首次。

據(jù)了解，人類此前3次無人月球采樣任務(wù)，由于無法掌握月球軌道無人交會(huì)對(duì)接技術(shù)，采用的都是月面起飛直接返回地球的方案。設(shè)計(jì)師們?yōu)殒衔逄綔y(cè)器精心設(shè)計(jì)了交會(huì)、對(duì)接、組合體運(yùn)行等一系列關(guān)鍵動(dòng)作，讓嫦五探測(cè)器實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接。

第四，首次帶月壤高速再入返回地球。當(dāng)返回器帶著月壤從38萬公里遠(yuǎn)的月球向地球飛來時(shí)，其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。

事實(shí)上，航天器從數(shù)百公里高的近地軌道返回和從38萬公里遠(yuǎn)的月球返回迥然不同。一旦速度過猛，返回器一頭撞向地球，后果不堪設(shè)想，因此必須讓其減速飛行。

為此，設(shè)計(jì)師創(chuàng)新性地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是高速進(jìn)入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后再以第一宇宙速度進(jìn)入大氣層，返回地面，整個(gè)過程環(huán)環(huán)相扣，最終確保嫦娥五號(hào)安全順利“回家”。★