“嫦娥”再奔月：中國(guó)開啟探月新篇章

11月24日4時(shí)30分，搭載著嫦娥5號(hào)的長(zhǎng)征五號(hào)火箭成功發(fā)射。據(jù)悉，嫦娥5號(hào)將執(zhí)行我國(guó)首次月球采樣返回任務(wù)，而這，也是中國(guó)迄今最復(fù)雜、難度最高的航天任務(wù)之一。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭發(fā)射升空后，先后實(shí)施了助推器分離、整流罩分離、一二級(jí)分離以及器箭分離等四次分離。

“嫦娥”奔月

中國(guó)開始籌備月球探測(cè)工程的歷史最早可以追溯到20世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)主要進(jìn)行論證工作。直到2004年1月，探月工程正式獲批立項(xiàng)，并命名為“嫦娥工程”。

嫦娥工程主要分為“繞、落、回”三個(gè)階段，2007年10月，中國(guó)第一個(gè)月球探測(cè)器“嫦娥1號(hào)”衛(wèi)星成功發(fā)射并準(zhǔn)確進(jìn)入了環(huán)月軌道，意味著探月工程一期的“繞月”目標(biāo)順利完成。

2008年，探月工程二期立項(xiàng)并進(jìn)入工程實(shí)施階段。二期工程包括“嫦娥2號(hào)”和“嫦娥3號(hào)”兩次任務(wù)，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)月球的軟著陸，以及開展月球表面的探測(cè)和勘察任務(wù)。

2010年10月，“嫦娥2號(hào)”發(fā)射，作為“嫦娥3號(hào)”的先導(dǎo)星，“嫦娥2號(hào)”主要用于開展部分技術(shù)的先期驗(yàn)證，包括直接奔月軌道、X頻段測(cè)控以及預(yù)選著陸區(qū)詳察等。

在“嫦娥2號(hào)”打完頭陣后，2013年12月，“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器成功著陸月球預(yù)選區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)航天器地外天體軟著陸與巡視勘察，同時(shí)也標(biāo)志著探月工程二期的“落月”目標(biāo)完成。

2009年，探月工程二期實(shí)施的同時(shí)，探月工程三期也正式開啟，主要是進(jìn)行“嫦娥5號(hào)”的方案論證和研究。到了2011年，三期工程正式立項(xiàng)，任務(wù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)月面無(wú)人采樣返回。

實(shí)際上，在正式發(fā)射“嫦娥5號(hào)”之前，中國(guó)先行實(shí)施了月地高速再入返回任務(wù)以驗(yàn)證半彈道跳躍式再入的關(guān)鍵技術(shù)。2014年10月，月地高速再入返回飛行器發(fā)射升空，并于同年11月順利返回地球，這為“嫦娥5號(hào)”任務(wù)的順利實(shí)施打下了極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

如果此次“嫦娥5號(hào)”任務(wù)能順利完成，那也意味著探月工程“繞、落、回”的三個(gè)目標(biāo)的全部實(shí)現(xiàn)。

看到這里可能有人會(huì)好奇，“嫦娥4號(hào)”去哪里了。一位航天專家曾向記者表示，探月工程的每一期都會(huì)進(jìn)行“一主一備”兩手準(zhǔn)備，這是為了防止出現(xiàn)突發(fā)事件而拖延整體計(jì)劃。

因此，探月工程對(duì)應(yīng)“繞、落、回”三個(gè)目標(biāo)設(shè)計(jì)的實(shí)際上是3顆衛(wèi)星，分別是嫦娥1號(hào)、3號(hào)和5號(hào)，而嫦娥2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)則是作為備用衛(wèi)星。

“嫦娥4號(hào)”作為“嫦娥3號(hào)”的備用星，在“嫦娥3號(hào)”成功完成任務(wù)后，其有了新任務(wù)，即實(shí)現(xiàn)人類首次軟著陸于月球背面并開展巡視探測(cè)的目標(biāo)，這也是探月四期的首次任務(wù)。2018年12月8日，“嫦娥4號(hào)”成功發(fā)射，并于2019年1月3日，成功在月球背面預(yù)選著陸區(qū)完成著陸。

這次將有去有回

嫦娥5號(hào)是探月工程三期的主任務(wù)，它將驗(yàn)證除宇航員生存以外的載人登月主要關(guān)鍵技術(shù)，具體包括月面采樣、月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接、地球大氣高速再入返回等。

據(jù)悉，“嫦娥5號(hào)”探測(cè)器由月球軌道器、著陸器、上升器和返回器等4器組成。整個(gè)飛行任務(wù)過(guò)程則包括發(fā)射、地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行、著陸下降、月面工作、月面起飛上升、交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移、再入回收共11個(gè)階段。

根據(jù)國(guó)家航天局此前發(fā)布的消息，11月23日18時(shí)30分許，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭開始加注液氧液氫低溫推進(jìn)劑，計(jì)劃于11月24日凌晨4時(shí)-5時(shí)擇機(jī)實(shí)施發(fā)射任務(wù)。

為什么會(huì)有近1個(gè)小時(shí)的發(fā)射區(qū)間，這是因?yàn)樯淝安僮鞣彪s再加上海南發(fā)射場(chǎng)氣象條件復(fù)雜， 需要保持一定的發(fā)射窗口寬度來(lái)降低工程風(fēng)險(xiǎn)。因此，運(yùn)載火箭采用5條彈道、每條彈道覆蓋10分鐘發(fā)射窗口寬度的方法，來(lái)滿足50分鐘發(fā)射窗口的要求和探測(cè)器系統(tǒng)±5分鐘發(fā)射軌道修正能力的限制。

此外，受到運(yùn)載火箭發(fā)射質(zhì)量的限制，地月和月地轉(zhuǎn)移軌道均選擇了飛行時(shí)間約5天左右的入射能量最優(yōu)軌道。而為了盡可能減小對(duì)再入航程的需求，月地轉(zhuǎn)移入射機(jī)會(huì)選擇在月球相對(duì)地球赤緯為最南緯的前后幾天，采樣區(qū)的選擇則確定為月球正面最大的月海風(fēng)暴洋區(qū)域。

“嫦娥5號(hào)”除了要實(shí)現(xiàn)月面無(wú)人采樣返回的工程目標(biāo)，同時(shí)還帶有著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析、月球樣品的分析與研究等兩大科學(xué)目標(biāo)。所以，“嫦娥5號(hào)”上也配置了降落相機(jī)、全景相機(jī)、月球礦物光譜分析儀、月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀4臺(tái)科學(xué)探測(cè)載荷，實(shí)現(xiàn)可見光、紅外、微波等多譜段探測(cè)。

1958年到1976年，美蘇兩國(guó)代表的兩大陣營(yíng)曾展開過(guò)一場(chǎng)航天競(jìng)賽，并掀起一輪探月高潮。其間，兩國(guó)共開展了100次無(wú)人探測(cè)，其中前蘇聯(lián)64次，美國(guó)36次。此外，美國(guó)還有9次“阿波羅”載人探測(cè)，具體包括2次載人環(huán)月，7次載人登月。

通過(guò)這些探測(cè)活動(dòng)，美國(guó)采集了385kg月球樣本，前蘇聯(lián)則獲得了375g月球樣本，通過(guò)這些樣本，兩國(guó)都得到了大量的月球科學(xué)探測(cè)原始數(shù)據(jù)。

在隨后的40多年里，各國(guó)對(duì)月球的探測(cè)工作仍在繼續(xù)，但基本都是環(huán)月探測(cè)。去年，“嫦娥4號(hào)”在月面的軟著陸，已經(jīng)使中國(guó)成為繼美蘇之后第三個(gè)著陸月球的國(guó)家，而這次“嫦娥5號(hào)”計(jì)劃從月球帶回2kg樣本，如果成功，那中國(guó)則將取回40年來(lái)的第一塊月球巖石。

國(guó)家航天局副局長(zhǎng)、探月工程副總指揮吳艷華曾表示，在嫦娥工程“繞、落、回”三個(gè)階段目標(biāo)全部完成后，中國(guó)的探月工程將進(jìn)入到月球探測(cè)后續(xù)任務(wù)階段。

而除了已經(jīng)實(shí)施的嫦娥4號(hào)任務(wù)外，國(guó)家航天局也正在組織國(guó)內(nèi)專家對(duì)探月四期的后續(xù)規(guī)劃進(jìn)行論證，基本明確還有三次任務(wù)：

一是嫦娥六號(hào)，計(jì)劃在月球南極進(jìn)行采樣返回，至于是在月背還是正面，要根據(jù)嫦娥五號(hào)的采樣情況來(lái)確定；

二是嫦娥七號(hào)，計(jì)劃在月球南極進(jìn)行一次綜合探測(cè)，探測(cè)內(nèi)容包括月球的地形地貌、物質(zhì)成分、空間環(huán)境等；

三是嫦娥八號(hào)，除了繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)探測(cè)試驗(yàn)以外，嫦娥八號(hào)還要進(jìn)行一些關(guān)鍵技術(shù)的月面試驗(yàn)，作為將來(lái)擬在月球建立科研基地的前期探索。

月球是距離地球最近的天體，也是人類探索宇宙的起點(diǎn)。過(guò)去近20年里，中國(guó)的探月工程已經(jīng)取得五戰(zhàn)五捷的成績(jī)，現(xiàn)在，我們也靜候嫦娥5號(hào)成功歸來(lái)的佳音，屆時(shí)，中國(guó)也將開啟探月的新篇章。