月球“土特产”到货！你知道到月球去挖土究竟有多难吗？

2020年12月17日1时59分，嫦娥五号返回器携带月球样品，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功！

习近平主席指出，嫦娥五号任务作为我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，首次实现了我国地外天体采样返回。这是发挥新型举国体制优势攻坚克难取得的又一重大成就，标志着中国航天向前迈出的一大步，将为深化人类对月球成因和太阳系演化历史的科学认知作出贡献。

那么你知道到月球去挖土究竟有多难吗？下面来看看中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器副总设计师、中国科大校友阮剑华对嫦五任务的科普介绍吧~

从“月宫”潇洒走一回再捎点“特产”

随着嫦娥五号的成功发射，人们的目光又一次聚焦嫦娥家族：与嫦娥家族中前几位姐姐相比，嫦娥“五姑娘”有什么不同，她在大家族中又扮演着什么角色，发挥着什么作用？

“首先是‘外貌’即外观造型不同。”据中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器副总设计师阮剑华介绍，与嫦娥一号、二号、三号、四号相比，嫦娥五号探测器的技术跨度大、结构也更为复杂，它是由轨道器、着陆器、上升器、返回器等四器组成。

这四器就像“糖葫芦”一样，每一个都是单独的个体，放在一起还能组合，比如着陆器和上升器“抱”在一起，就组合成了“着上组合体”，轨道器和返回器组合，就成了“轨返组合体”。四器“串”在一起，则构成了一个完整的探测器。

相应地，嫦娥“大姐”和“二姐”分别是一颗单独的卫星，“三姐”和“四姐”则是由着陆器和月球车“两器”组成。从这个角度来说，嫦娥“五姑娘”是嫦娥家族里结构最为复杂的探测器。

嫦娥“五姑娘”承担的使命、任务目标也比较特殊。与前几位姐姐不一样，“五姑娘”要实现我国首次在地外天体无人采样返回，开展月球样品地面分析研究。

阮剑华介绍，探月工程从立项之初，就设计了“绕”“落”“回”三步走战略，这意味着嫦娥家族众姐妹将拥有不同的命运和归宿——

2007年10月24日，我国成功发射嫦娥一号卫星，2009年3月1日，嫦娥“大姑娘”按预定计划受控撞月，为探月工程一期——“绕月探测”任务画上了一个圆满的句号。

2010年10月1日，嫦娥二号卫星发射成功，2012年12月13日，嫦娥二号卫星与图塔蒂斯小行星由远及近“擦肩而过”，首次实现我国对小行星的飞跃探测。嫦娥“二姑娘”，也因此成了我国第一个行星际探测器。

2013年12月14日，嫦娥三号探测器着陆月面，次日，着陆器和巡视器互拍成像，嫦娥三号任务圆满成功，实现了我国首次地外天体软着陆和巡视探测。从此，嫦娥“三姑娘”永久留在了月面，常驻“广寒宫”，和玉兔号月球车一起，遥望地球家园。

2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功登陆月球背面，成为人类历史上首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器，至今状态良好，未来，嫦娥“四姑娘”还将和玉兔二号月球车一起，继续月球背面的探索之旅。

嫦娥家族此前的几位“姐姐”，还有一个共同点，就是谁也不能再次回到“娘家”，要么留在月球，要么去了更远的深空。相比之下，嫦娥“五姑娘”就幸福多了：她从“月宫”潇洒走一回后，还能捎点“特产”——月壤，再次回到地球母亲的怀抱。

取月壤“钻”“铲”“挖”“夹”

十八般武艺齐上阵

月球表面自动采样封装，是嫦娥五号任务中最引人注目的一个环节。

“五姑娘”随身携带的钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“神器”，将采取深钻、浅钻，以及“铲土”“挖土”“夹土”等方式，采集约2公斤月壤，并进行密封封装。

完成月壤采样封装后，就涉及到月面点火起飞。月面起飞与火箭点火起飞有所不同，它没有一马平川的起飞地，更没有成熟完备的发射塔架。

阮剑华说，月球表面环境复杂，着陆器不一定是四平八稳的状态，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。这就给起飞带来很大的难度。

此外，“五姑娘”还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞时，“五姑娘”还无法像运载火箭一样“在地面发射前由地面人员完成测调和确认”，而必须依靠航天器“自力更生”，实现起飞时自主定位、定姿。

阮剑华说，为了确保“五姑娘”上升器能够顺利起飞上升，中国航天科技集团五院嫦娥研制团队进行了大量的试验验证，并建立了一整套环环相扣的系统保证任务，为嫦娥五号胜利迈出回家一步保驾护航。

在太空打水漂再入返回地球家园

当着陆器托举上升器实现月面起飞上升后，嫦娥“五姑娘”将一路飞奔，直到月球轨道。在这里，上升器还要和轨返组合体交会对接，把采集到的月壤转移到返回器。

当返回器带着月壤，从38万公里远的月球风驰电掣般向地球飞来，这时它的飞行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度。一般从近地轨道返回的航天器，其速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。航天器从数百公里高的近地轨道返回，和从38万公里远的月球返回必然不同。一旦速度过猛，返回器一头撞向地球，后果不堪设想。必须让返回器减速飞行。

阮剑华说，航天科技集团五院嫦娥五号探测器的设计师们，为此提出了半弹道跳跃式再入返回技术方案，“就像在太空打水漂一样，整个再入返回过程，就是让返回器先高速进入大气层，再借助大气层提供的升力，跃出大气层，然后以第一宇宙速度‘扎入’大气层，返回地面。”

在多家媒体的报道中，我们看到了很多科大人的名字：中国探月工程总设计师吴伟仁院士，“嫦娥五号”探测器副总设计师阮剑华，嫦娥五号探测器副总设计师查学雷，文昌航天发射场的一线科技人员崔艺晗等。他们是科大人的骄傲！也是国人的骄傲！他们的榜样力量，将激励着更多科大人不忘初心，砥砺奋进！

来源：中国科学技术大学校友总会    人民日报

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