月面48小時(shí)，嫦娥五號(hào)都做了些啥

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12月3日23時(shí)10分，嫦娥五號(hào)上升器3000N發(fā)動(dòng)機(jī)工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道。這是中國首次實(shí)現(xiàn)地外天體起飛。

自12月1日23時(shí)11分成功落月以來，嫦娥五號(hào)在約48小時(shí)內(nèi)迅速完成了“挖土”“打包”“升旗”“起飛”等一系列工作，攜月球“土特產(chǎn)”即將返回地球。

“挖土”

作為中國探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號(hào)任務(wù)會(huì)從月球采集約2公斤月球樣品返回地球。平穩(wěn)著陸于呂姆克山脈以北地區(qū)后，嫦娥五號(hào)隨即開展月面自動(dòng)采樣工作。

自動(dòng)采樣是嫦娥五號(hào)任務(wù)的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。探測器要經(jīng)受住超過100攝氏度的月面高溫考驗(yàn)，克服了測控、光照、電源等方面的條件約束，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣。

科研人員為嫦娥五號(hào)精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢介紹道：“鉆取就是通過空心鉆桿的取芯機(jī)構(gòu)，鉆到月球表面兩米深以下處，得到深層樣品的層理信息。表取就是采用機(jī)械臂末端固定鏟挖型采樣器，進(jìn)行表層和次表層月壤采集，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多次采樣。”這兩種方式互為備份，不僅可以提高采樣的成功率和可靠性，同時(shí)也能夠獲得更為豐富的樣品種類，為后續(xù)科學(xué)家研究提供更多可靠的原始資料。

“鉆取初步考慮是0.5公斤，表取是1.5公斤。”中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇曾透露。12月2日4時(shí)53分，經(jīng)過3個(gè)多小時(shí)的持續(xù)作業(yè)，嫦娥五號(hào)鉆取子系統(tǒng)順利完成鉆取采樣任務(wù)。

另一廂，表取采樣也在有條不紊地進(jìn)行。用于表取的機(jī)械臂頗為搶眼，臂桿長3.7米，由數(shù)十個(gè)關(guān)節(jié)組成。由于著陸區(qū)域條件較好，嫦娥五號(hào)的采樣工作比預(yù)想更為順利，僅用19個(gè)小時(shí)便提前完成月表自動(dòng)采樣任務(wù)。

“打包”

相比月面極高真空的環(huán)境，地球表面包裹著大氣層，大氣環(huán)境中不僅有氣體成分，還漂浮著各種固體顆粒，如果月球樣品接觸到大氣中的這些物質(zhì)，就會(huì)造成污染，導(dǎo)致月球樣品科研價(jià)值大打折扣。

如何將38萬公里之外的月球樣品在無人條件下進(jìn)行“打包”，并保證樣品在返回地球的過程中不受污染?由中國航天科技集團(tuán)五院510所研制的月球樣品密封封裝子系統(tǒng)給出了“答案”，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)承接、封裝月球樣品并具有密封功能的裝置，可將采集到的月球樣品“打包”返回地球。

做好封裝“打包”工作尤為重要。在封裝過程中，中國航天科技集團(tuán)五院529廠設(shè)計(jì)師創(chuàng)新出一種“雙管單袋”的鉆進(jìn)取芯方案。鉆取到的月球樣品，進(jìn)了取芯管后，取芯軟袋拉繩隨之上提，樣品就被自動(dòng)裝進(jìn)軟袋里。由于質(zhì)地柔軟，軟袋可以很方便地進(jìn)行纏繞封裝，再放入初級(jí)封裝裝置內(nèi)。中國工程院院士、中國國家航天局原局長欒恩杰形象地將鉆取封裝這一過程比喻成“裝香腸”。

采樣和封裝過程中，科技人員在地面實(shí)驗(yàn)室根據(jù)探測器傳回?cái)?shù)據(jù)，仿真采樣區(qū)地理模型并全程模擬采樣，為采樣決策和各環(huán)節(jié)操作提供了重要依據(jù)。經(jīng)過約19小時(shí)月面工作，嫦娥五號(hào)探測器于12月2日22時(shí)順利完成月球表面自動(dòng)采樣，并已按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。

“升旗”

緊鑼密鼓地開展“挖土”“打包”工作之余，嫦娥五號(hào)探測器還不忘在月球上進(jìn)行一場神圣的“升旗儀式”。點(diǎn)火起飛前，嫦娥五號(hào)著上組合體實(shí)現(xiàn)月面國旗展開，這是中國在月球表面首次實(shí)現(xiàn)國旗的“獨(dú)立展示”。

與嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)以及玉兔月球車上的五星紅旗采用噴涂方式不同，嫦娥五號(hào)這面“織物版”五星紅旗是一面真正的旗幟。這是五星紅旗在月球表面的又一次成功展示，也讓中國探測器在月面再次打上“中國標(biāo)識(shí)”。

宇宙中擁有很強(qiáng)的電磁輻射，月球表面環(huán)境惡劣，溫差可達(dá)正負(fù)150攝氏度，這就決定了普通五星紅旗無法在月球上使用。為了讓五星紅旗能順利在月面上展開，中國航天科工集團(tuán)研制團(tuán)隊(duì)花費(fèi)1年多時(shí)間進(jìn)行選材，最終挑選出二三十種纖維材料作為候選。

通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等物理試驗(yàn),研制團(tuán)隊(duì)最終決定采用某新型復(fù)合材料，既能滿足強(qiáng)度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證五星紅旗能夠抵御月表惡劣的環(huán)境，做到不褪色，不串色、不變形。

中國航天科工國旗展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開展技術(shù)研討。圖源：中國航天科工集團(tuán)

嫦娥五號(hào)五星紅旗的平面運(yùn)動(dòng)包絡(luò)將近2000mm×900mm，但整個(gè)系統(tǒng)的重量只有1公斤。“雖然這只是一面薄薄的五星紅旗，但科技含量十分高。”五星紅旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目指揮馬威感慨道。

“起飛”

當(dāng)嫦娥“五姑娘”完成月面工作后，她就要踏上“回娘家” 的旅程。俗話說萬事開頭難，返回地球可不容易，第一步能否“邁好”至關(guān)重要，這就涉及到中國航天史上另一個(gè)首次——月面起飛上升。

嫦娥五號(hào)上升器點(diǎn)火瞬間 國家航天局供圖 攝影：張高翔

順利完成月球樣品采樣封裝后，上升器就要準(zhǔn)備月面點(diǎn)火起飛，這是一個(gè)高難度科目。眾所周知，運(yùn)載火箭在地球起飛是有一套完備的發(fā)射塔架系統(tǒng)的，點(diǎn)火起飛位置也經(jīng)過精確測算，飛行軌道更是一遍遍計(jì)算好的。但月面起飛就不一樣了，它沒有一馬平川的起飛地點(diǎn)，更沒有成熟完備的發(fā)射塔架，著陸器就相當(dāng)于上升器的發(fā)射塔架，托舉著嫦娥“五姑娘”回家。

此外，上升器還要克服地月環(huán)境差異、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流導(dǎo)流空間受限等難題。月面起飛的時(shí)候，還無法像運(yùn)載火箭一樣在地面發(fā)射前由地面人員完成測調(diào)和確認(rèn)，必須依靠航天器“自力更生”，實(shí)現(xiàn)起飛時(shí)自主定位、定姿。

為了確保上升器能夠順利起飛上升，中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，并建立了一整套環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)保證任務(wù)，為嫦娥五號(hào)勝利邁出回家一步保駕護(hù)航。

12月3日23時(shí)10分，“滿載而歸”的嫦娥五號(hào)上升器從月面起飛，實(shí)現(xiàn)中國首次地外天體起飛。后續(xù)，在完成交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待后，嫦娥五號(hào)將正式啟程返回地球。