嫦娥五号顺遂升空 时隔44年再从月球挖土 -

北京时间11月24日凌晨4时30分21秒，在中国海南文昌发射场，长征五号遥五火箭托举着嫦娥五号探测器一飞冲天，2186秒后器箭分离，探测器成功入轨，中国无人月球探测阶段收官之战开了一个好头

搭载嫦娥五号的长征五号遥五火箭起飞瞬间（来源：CLEP）

最后一步走

中国探月工程于2004年立项，更为人所熟知的名称是“嫦娥”工程。“嫦娥”工程从远景看可分为无人探测、载人登月、月球基地三个阶段（即“探、登、驻”）。其中无人探测阶段的工程目标通常被概括为“绕、落、回”三步走。2007年的嫦娥一号和2010年的嫦娥二号实现了“绕”月探测，2013年嫦娥三号实现降“落”月面，2019年嫦娥四号更是创造了人类首次月面软着陆。按照计划，嫦娥五号探测器将是实现月球取样返“回”的至关重要的环节。然而要实现有去有回谈何容易。除了“绕”、“落”阶段所掌握的绕月、落月的技术外，还有很多新的让人挠头的新问题有待解决。比如怎么获取月壤样品，如何从月面发射返回，如何在月球轨道上进行交会对接和样品传送，如何离开月球轨道进入月地转移轨道，如何以大速度再入地球大气……为此，早在2009年探月二期工程（“落”）实施的同时，探月三期工程（“回”）的方案论证和预先研究就已经开始了。

中国探月工程“三步走战略”（来源：CLEP）

有人说，我们“神舟”飞船都已经上上下下那么多次了，月球取样返回那还不容易么？告诉你几个数字吧。在此之前，人类成功实现月面取样返回共计9次，最后一次是1976年苏联的“月球”24号。其中美国6次“阿波罗”飞船共带回了约381千克月球岩石和土壤，但那都是宇航员亲手“搬”回来的；无人取样这件事只有苏联人干过，而且仅成功3次，带回了区区301克样品，是的，连1斤都不到！而嫦娥五号的目标是取得大约2公斤，也就是2000克样品！

月岩、月壤采集记录（数据来源：NASA 制表：水兄）

史上最复杂

于是乎，一个中国航天史上技术最为复杂的项目诞生了。首先我们来认识一下像“合体金刚”一般的嫦娥五号探测器。从整体上说，主要由轨道器、返回器、着陆器和上升器组成，总重约8.2吨。这些部件各自派什么用场呢？我们把地球和月球之间分成这样几段，或许能帮助你理解：A、地球外——月球外；B、月球外——月球表面；C、月球表面——月球外；D、地球外——地球表面。轨道器在A段工作，是往返地球和月球的交通工具；着陆器解决B段，负责把“挖掘机”送到月面；上升器在C段工作，负责把样品送去轨道器，好比是划条小船把货送到停泊在深水港的大船；返回器仅在D段工作，是最后投送快递的小哥，负责保护样品安全降落地面。

嫦娥五号“四件套”组合体模型图（来源：CLEP）

嫦娥五号任务全程概览（来源：CLEP/水兄）

具体过程是这样的：

1、“胖五”CZ-5 Y5火箭把嫦娥五号组合体直接送入地月转移轨道；【分离×1】

2、嫦娥五号组合体在地月转移轨道中途修正；

3、嫦娥五号组合体近月制动进入环月轨道；

4、组合体分离成两个小的组合体——留轨部分（轨道器和返回器）和下降部分（着陆器和上升器）；【分离×2】

5、着陆器在月面分别进行钻孔取样和表面取样；

6、将样品送入上升器封装；

7、上升器点火起飞，与着陆器分离，带着样品返回环月轨道，着陆器被丢弃；【分离×3】

8、上升器与留轨部分交会对接；【对接×1】

9、将月球样品从上升器转移至返回器内；

10、留轨部分与上升器分离，上升器被丢弃；【分离×4】

11、轨道器点火，带着返回器进入月地转移轨道；

12、轨道器月地转移轨道中途修正；

13、返回器与轨道器分离，轨道器被丢弃；【分离×5】

14、返回器再入大气；

15、回收返回器。

你看，整个嫦娥五号探测任务将面临飞行状态多、任务模式多、分离面多的情况，技术复杂度相当之高。光探测器本身就包含了多达5次的分离过程，这在专业上叫5个“分离面”，每一次分离都要做到万无一失。相较之下，“神舟”飞船只有2个分离面。

上升器与着陆器分离动画（来源：New China TV）

毫无疑问，嫦娥五号一定会伴随产生多项记录，实现我国航天技术的多项突破，其中最重要的可能有以下几条：

1、首次钻取月壤并实现无污染封装

2、首次从月面起飞

3、首次在月球轨道实现交会对接

4、首次携带月球样品以接近第二宇宙速度返回地球

返回器再入地球大气将采用“打水漂”的方式以减少大气摩擦（来源：网络）

落点有讲究

经过4天飞行后，嫦娥五号将进入环月轨道，随后择机降落，目标区域为月球正面风暴洋北部的吕姆克山（Mons Rümker）一带。这一区域是月球上的一个大型火山综合地貌。吕姆克山中心月面坐标301.9°E、40.7°N，占地近4000平方公里，高出周围地平面200~1300米，75%为缓坡。美苏当年的取样点全部是月球中低纬度地区，相对而言嫦娥五号的着陆区纬度是最高的。我们都知道，想要了解一个星球的地质演化历史，必须获得足够多的样本，包括空间上，也包括时间上。嫦娥五号选择吕姆克山地区是人类探测器尚未到达的地方，从这点上讲意义重大。

月球正面取样点（来源：Nature/CLEP）

火山穹丘（volcanic dome）是吕姆克山地区最突出的地貌特征，研究人员依靠环月探测器高分辨率图像和地面雷达共识别出22个火山穹丘，大致可分为两种类型，它们可能代表着不同的火山活动阶段。光谱分析表明，吕姆克山被低钛玄武岩所覆盖，主要的镁铁质矿物是高钙辉石，但也发现了高地物质和玄武岩混合的迹象。三个主要的玄武岩的年龄在35亿年至37亿年左右，东部月海的玄武岩更年轻些，而陡边的穹丘可能是高原上最年轻的火山，有迹象表明它们直到爱拉托逊纪（Eratosthenian，月球地质年代，约32亿年前~11亿年前）一直保持活跃。如果是这样那真的就是价值连城了，因为阿波罗带回的样本都来自月球中低纬度地区，样本地质年龄都偏大，爱拉托逊纪中的记录几乎没有，嫦娥五号的样品很有可能填补这片空白。

吕姆克山地形剖面（来源：Jiannan Zhao et al. 2017）

嫦娥五号任务在在圈内圈外、国内国外都备受关注，不说别的，就冲这人类时隔44年再次从月球取样返回，便值得大书特书。有人说，如果成功带回月壤，虽然只有2公斤，就将成为第三个掌握月球取样返回技术的国家。而事实上，考虑到美国仅依靠人工带回样品，苏联解体后的俄罗斯再也没有飞出过近地轨道，因此中国将成为当前唯一掌握月面无人采样返回技术的国家。不仅如此，科学目标也具有极强的针对性，有望创造巨大的学术价值。期待嫦娥五号任务圆满成功！祝好！

嫦娥五号着陆器及其表采机械臂效果图（来源：New China TV）

参考资料：

[1] 九天揽月星河阔，十六春秋绕落回——中国探月工程三步走战略

(https://www.clep.org.cn/n5982341/c6810489/content.html)

[2] 嫦娥五号即将升空 “挖土”之旅或可改写月球历史

(https://www.clep.org.cn/n5982044/n5988857/c6810516/content.html)

[3] Zhao, J., L. Xiao, L. Qiao, T. D. Glotch, andQ. Huang (2017), The Mons Rümkervolcanic complex of the Moon: Acandidate landing site for the Chang’E-5mission, J. Geophys. Res. Planets, 122,1419–1442, doi:10.1002/2016JE005247.

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Moon_rock

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