“‘嫦娥’要去月球挖土了!”

11月24日，隨著嫦娥五號成功發(fā)射，這句頗為形象的話很快在網(wǎng)絡(luò)上流傳開來。作為我國探月工程“繞、落、回”三步走中的最后一步“回”，嫦娥五號將開啟我國首次地外天體采樣返回之旅——飛到月球挖取月壤，再帶著月壤返回地球，這被認為是我國迄今最復(fù)雜的航天工程之一。

“這次任務(wù)相對于我們已經(jīng)實施的繞月探測、落月探測來說，是一次新的、更大的技術(shù)跨越。”國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設(shè)計師、嫦娥五號任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇說。

在裴照宇看來，嫦娥五號任務(wù)對于我們“繞、落、回”整體規(guī)劃來說，是收官之作;對于未來我國月球探測來說，是奠基之作。

既是收官，又是奠基，可見嫦娥五號承擔(dān)的使命有多么艱巨和光榮。那么，要去月球挖土的“嫦娥”，這一路將面臨哪些挑戰(zhàn)?如何帶著月壤安全回家?

任務(wù)過程約23天，環(huán)環(huán)相扣不能有失誤

為何要去月球挖土?

一言以蔽之：為了更好地認識月球。“將月壤樣品帶回地球，讓科學(xué)家進行系統(tǒng)、長期的實驗室研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，可以深化月球成因和演化歷史的研究，為和平利用空間資源貢獻中國智慧。”航天科技集團五院嫦娥五號探測器副總設(shè)計師阮劍華說。

月球，我們已去過多次，但去月球自動采樣并帶回地球，以前沒做過。嫦娥五號任務(wù)的復(fù)雜性和難度，可以用五個“首次”來詮釋。“一是地外天體的采樣與封裝，二是地外天體的起飛，三是月球軌道交會對接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是樣品的存儲、分析和研究，這在我國都是首次。”裴照宇言簡意賅。

阮劍華介紹，嫦娥五號發(fā)射后，將經(jīng)過地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行、月面軟著陸等過程，降落在月球正面風(fēng)暴洋東北部，然后通過表取采樣機構(gòu)和鉆取采樣機構(gòu)，采集月表巖石和土壤樣品，同時開展科學(xué)探測。完成采樣和封裝后，在月面起飛，經(jīng)過月球軌道交會對接、月地轉(zhuǎn)移、再入地球等過程，返回并著陸于內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)。整個任務(wù)總共11個飛行階段，過程大約持續(xù)23天。

23天，看似很長，但其實整個任務(wù)流程都很緊湊。“一環(huán)接一環(huán)，每一環(huán)留給我們的時間都不多，每一步工作都要非常準確，各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，不能有失誤。如果有一個出現(xiàn)意外情況，將帶來一系列后續(xù)問題。”裴照宇強調(diào)。

挖土約2公斤，數(shù)量不算少

嫦娥五號探測器由上升器、著陸器、返回器、軌道器組成，在經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行后，著陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離，軌道器攜帶返回器留軌運行，著陸器承載上升器擇機實施月球正面預(yù)選區(qū)域軟著陸。著陸月球后，將在月面工作約兩天，這兩天里的一個重要任務(wù)就是挖土。

挖土看似簡單，但不是隨便一鏟子下去就行。嫦娥五號采集的樣品，將被用來研究月球的起因和演化。要讓挖出來的土有更好的研究價值，必須提高采樣的可靠性，增加樣品的多樣性。因此，嫦娥五號將通過鉆取和表取兩種方式來采集樣品。

科學(xué)家給嫦娥五號提出的挖土目標(biāo)是：約2公斤。根據(jù)目前對采樣量的分配，鉆取的樣品是約0.5公斤，表取的樣品是約1.5公斤。

好不容易去一趟月球，為何不多挖點土帶回來?

“采集量的多少會影響到容器的大小，進而影響到整個探測器的體積、重量，以及推進劑的需求。”裴照宇解釋，比如，為了鉆取0.5公斤的樣品，探測器上的鉆取機構(gòu)要達到七八十公斤;為了表取1.5公斤的樣品，表取機構(gòu)也要幾十公斤;這100多公斤的采樣機構(gòu)都要由探測器送到月球去，會影響到探測器整體的重量、體積和功耗。

裴照宇指出，以2公斤的采樣量作為初始值來設(shè)計探測器，嫦娥五號探測器的總重量達到8.2噸。如果增加樣品的量，整個探測器很多指標(biāo)都會增長，8.2噸很可能不夠，最后會超過火箭的運載能力，目前的設(shè)計是平衡后的結(jié)果。“2公斤的數(shù)量不算少，工程上可實現(xiàn)。”他說。

再入地球充滿考驗，帶回樣品就是成功

挖完土并封裝后，嫦娥五號將開啟回家之旅：上升器攜帶樣品從月面起飛，在月球軌道與軌道器實現(xiàn)交會對接，樣品從上升器轉(zhuǎn)移到返回器，然后軌道器攜帶返回器完成月地轉(zhuǎn)移，返回器以第二宇宙速度再入地球，最后在內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)著陸。這正是探月任務(wù)“繞、落、回”的最后一步——回。

要從月球回到地球，嫦娥五號在月球軌道的交會對接很關(guān)鍵。這些年來，我們對“交會對接”這個詞并不陌生。我國載人航天工程曾進行過多次交會對接。但這些交會對接都發(fā)生在地球軌道，在月球軌道上交會對接，嫦娥五號將是我國第一個。

完成交會對接和月地轉(zhuǎn)移后，嫦娥五號返回器將進入地球。再入地球的過程，充滿考驗。裴照宇指出，從地球軌道再入地球是7.9公里每秒的速度(即第一宇宙速度)，而從月球再入地球?qū)⑦_到11公里每秒的速度(即第二宇宙速度)，增加了30%以上。如此高速之下，探測器面臨的力和熱的環(huán)境要惡劣很多。

目前，嫦娥五號任務(wù)團隊正在緊鑼密鼓地準備飛控和返回器回收工作。“我們的目標(biāo)是采樣返回，采到樣品，返回地球，就是成功。不管帶多少，都是成功!”裴照宇強調(diào)，“當(dāng)然，既然設(shè)計了2公斤，我們會努力爭取實現(xiàn)這個指標(biāo)。”

為載人登月與深空探測打基礎(chǔ)

根據(jù)之前的部署，我國探月工程分為“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球基地”三個階段。此次成功發(fā)射嫦娥五號的任務(wù)，裴照宇將其總結(jié)為既是“收官之作”，又是“奠基之作”。也就是說，嫦娥五號在探月工程中將發(fā)揮著承上啟下的作用。

國家航天局表示，嫦娥五號任務(wù)將完善探月工程體系，為我國未來開展載人登月與深空探測積累重要的人才、技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。這也意味著，還有更艱巨的任務(wù)在等著我們。

“在探月工程三期研制過程中，我們對后續(xù)的月球探測進行了論證，規(guī)劃了嫦娥七號和嫦娥八號任務(wù)，這兩次任務(wù)的目標(biāo)是建設(shè)月球科研站基本型。”裴照宇透露。

在裴照宇看來，我們現(xiàn)在對月球的認識，就像一百年前對深海的認識一樣，仍非常有限，需要人類攜手一起探索。“我們向國際社會發(fā)出了倡議，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)探測和月球相關(guān)技術(shù)的實驗提供共享平臺。”