11月24日4時(shí)30分，長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，飛行約2200秒后，順利將探月工程嫦娥五號(hào)探測器送入預(yù)定軌道，開啟我國首次地外天體采樣返回之旅。

隨著嫦娥五號(hào)成功發(fā)射，今天，“‘嫦娥’要去月球挖土了！”在網(wǎng)絡(luò)上刷屏。

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(hào)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(rèn)為是我國迄今最復(fù)雜的航天工程之一。

“這次任務(wù)相對(duì)于我們已經(jīng)實(shí)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(jì)師、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇如是說。

在裴照宇看來，嫦娥五號(hào)任務(wù)是“繞、落、回”整體規(guī)劃的收官之作，是我國未來月球探測的奠基之作。

既是收官，又是奠基，可見嫦娥五號(hào)承擔(dān)的使命有多么艱巨和光榮。

要去月球挖土的“嫦娥”，這一路將面臨哪些挑戰(zhàn)？又如何帶著月壤安全回家？

為何要去月球挖土？

一言以蔽之：為了更好地認(rèn)識(shí)月球。

“將月壤樣品帶回地球，讓科學(xué)家進(jìn)行系統(tǒng)、長期的實(shí)驗(yàn)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(xiàn)中國智慧。”航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測器副總設(shè)計(jì)師阮劍華說。

月球，我們已去過多次，但去月球自動(dòng)采樣并帶回地球，以前沒做過。嫦娥五號(hào)任務(wù)的復(fù)雜性和難度，可以用五個(gè)“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(huì)對(duì)接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是樣品的存儲(chǔ)、分析和研究，這在我國都是首次。”裴照宇言簡意賅。

由于任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)太大，我國還專門做了一次再入返回飛行試驗(yàn)。2014年10月24日，再入返回飛行試驗(yàn)器發(fā)射升空，順利進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，返回器于11月1日精準(zhǔn)著陸在預(yù)定著陸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了“準(zhǔn)時(shí)發(fā)射、精確入軌、可靠飛行、精準(zhǔn)回收”，這意味著我們突破和掌握了航天器以接近第二宇宙速度再入返回關(guān)鍵技術(shù)。

不過，這并不意味著我們可以高枕無憂。阮劍華介紹，嫦娥五號(hào)發(fā)射后，將經(jīng)過地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、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(jī)構(gòu)和鉆取采樣機(jī)構(gòu)，采集月表巖石和土壤樣品，同時(shí)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(huì)對(duì)接、月地轉(zhuǎn)移、再入地球等過程，返回并著陸于內(nèi)蒙古四王子旗地區(qū)。整個(gè)任務(wù)總共11個(gè)飛行階段，過程大約持續(xù)23天。

23天，看似很長，但其實(shí)整個(gè)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(shí)間都不多，每一步工作都要非常的準(zhǔn)確，各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，不能有失誤。如果有一個(gè)出現(xiàn)意外情況，將帶來一系列后續(xù)問題。”裴照宇強(qiáng)調(diào)。

嫦娥五號(hào)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(dòng)、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(yùn)行，著陸器承載上升器擇機(jī)實(shí)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(gè)重要任務(wù)就是挖土。

挖土看似簡單，但并不是隨便一鏟子下去就行。嫦娥五號(hào)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(jià)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(hào)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(hào)提出的挖土目標(biāo)是，約2公斤。根據(jù)目前對(duì)采樣量的分配，鉆取的樣品約0.5公斤，表取的樣品約1.5公斤。

或許有人會(huì)問：為什么只有2公斤？好不容易去一趟月球，干嗎不多挖點(diǎn)土帶回來？

“采集量的多少會(huì)影響到容器的大小，進(jìn)而影響到整個(gè)探測器的體積、重量以及推進(jìn)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(jī)構(gòu)要達(dá)到七八十公斤；為了表取1.5公斤的樣品，表取機(jī)構(gòu)也要達(dá)到幾十公斤；這100多公斤的采樣機(jī)構(gòu)都要由探測器送到月球去，會(huì)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(jì)探測器，嫦娥五號(hào)探測器的總重量達(dá)到8.2噸。如果增加樣品的量，整個(gè)探測器很多指標(biāo)都會(huì)增長，8.2噸很可能不夠，最后會(huì)超過火箭的運(yùn)載能力，目前的設(shè)計(jì)是平衡后的結(jié)果。

“經(jīng)過論證，2公斤的數(shù)量不算少，工程上可實(shí)現(xiàn)。”他說。

挖完土并封裝后，嫦娥五號(hào)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(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)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)蒙古四王子旗地區(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(hào)在月球軌道的交會(huì)對(duì)接很關(guān)鍵。這些年來，我們對(duì)“交會(huì)對(duì)接”這個(gè)詞并不陌生。我國載人航天工程曾進(jìn)行過多次交會(huì)對(duì)接，比如2016年，神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。但這些交會(huì)對(duì)接都發(fā)生在地球軌道，在月球軌道上交會(huì)對(duì)接，嫦娥五號(hào)將是我國第一個(gè)。

“月球軌道距離我們將近40萬公里，而地球軌道通常只有幾百公里遠(yuǎn)，兩者幾乎有1000倍的差距，給我們的測控帶來了新的難度。”裴照宇說，在這么遠(yuǎn)的距離實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，首先對(duì)上升器和返回器的測量必須非常準(zhǔn)確，然后還要在月球引力場的影響下對(duì)它們進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。而且，此次交會(huì)對(duì)接還將通過無人控制的自動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的技術(shù)方案的設(shè)計(jì)須更加可靠。

完成交會(huì)對(duì)接和月地轉(zhuǎn)移后，嫦娥五號(hào)返回器將進(jìn)入地球。再入地球的過程，充滿考驗(yàn)。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_(dá)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(hào)任務(wù)團(tuán)隊(duì)正在緊鑼密鼓地準(zhǔn)備飛控和返回器回收工作。對(duì)于即將到來的大考，阮劍華說，“整個(gè)隊(duì)伍有信心、有決心”。

“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(qiáng)調(diào)，“當(dāng)然，既然設(shè)計(jì)了2公斤，我們會(huì)努力去爭取實(shí)現(xiàn)這個(gè)指標(biāo)。”

“繞、落、回”全部實(shí)現(xiàn)之后，中國的探月水平是否進(jìn)入國際第一梯隊(duì)？裴照宇給出了肯定的答復(fù)。“從國際上已經(jīng)開展的月球探測活動(dòng)來看，繞、落、回應(yīng)該囊括了主要的探測方式。”他說。

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(gè)階段。此次成功發(fā)射的嫦娥五號(hào)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(hào)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(hào)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(duì)后續(xù)的月球探測進(jìn)行了論證，規(guī)劃了嫦娥七號(hào)和嫦娥八號(hào)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(duì)月球的認(rèn)識(shí)，就像一百年前對(duì)深海的認(rèn)識(shí)一樣，還非常有限，需要人類攜手一起探索。

“我們向國際社會(huì)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(shí)驗(yàn)提供共享平臺(tái)。”他說。