导读
自1976年以来，月宫再次迎接来自地球的“勘探队”。北京时间2020年11月24日4时30分，长征五号遥五运载火箭自中国文昌航天发射场起飞，将重达8.2吨的嫦娥五号月球探测器精准送入预定的地月转移轨道。中国探月工程的第三阶段，我国首次月球无人采样返回任务正式开启。同时，这是自1976年以来，月宫再次迎接来自地球的“勘探队”。长征五号遥五火箭发射 | 图片来源：中国航天报
跨越十六年的收官大作
嫦娥五号是中国探月工程“绕、落、回”三步走的第三步“回”，历时十六年，中国探月迎来了自己的收官大作。按照原计划，嫦娥五号任务将于2017年执行，由长征五号遥三运载火箭发射升空。但天有不测风云，长征五号遥二火箭发射失利，随之而来的是漫长而艰苦的故障分析与改进，整装待发的嫦娥五号也不得不几经封存。终于，2019年12月27日，长征五号遥三运载火箭复飞成功，嫦娥五号的发射也再度被提上日程。由于火星探测的发射窗口更急迫，嫦娥五号的发射排到了我国首次火星探测器——天问一号的后面。天问一号已于今年7月23日由长征五号遥四火箭发射成功，现在正在奔赴红色星球的道路上。嫦娥五号任务，是继天问一号后长征五号运载火箭的第二次应用性发射。根据央视新闻的前方采访，本次发射的入轨精度比预期高了一个数量级，完全满足探测器的需求，可以给火箭打120分甚至150分。完美的发射，标志着长征五号运载火箭正在快速迈向高可靠与高成熟度，未来中国航天发射的“主心骨”，更稳了。发射前合影 | 图片来源：中国航天报
“好饭不怕晚，良缘不怕迟”，历经坎坷终成行的嫦娥五号，首先要面临的是航天器长期封存这一难题。由于发射推迟了3年，嫦娥五号在等待火箭的过程中经历了漫长的封存期，这是一个很大的挑战。探测器的运动机构是否灵活，对老化元件的保存与替换等等都是值得关注的课题。一旦实践证明嫦娥五号的封存技术切实有效，我国的航天器地面长期贮存水平将取得长足进步，为未来航天器的常态化备份与应急发射提供有力保障。因祸得福，变危为机，困境中依然能够有所收获，这也是太空探索一个有趣的特点。从发射嫦娥一号的长三甲，到发射嫦娥三号的长三乙，探月工程的前两步“绕”和“落”都可以采用老一辈长征火箭。这最后一步“回”之所以一定要等长征五号的成熟，是因为嫦娥五号是世界航天史上最重的无人深空探测器，其精密复杂程度之高令人赞叹。
胖五扛胖妞，嫦娥五号很有分量
与之前发射的四枚嫦娥系列月球探测器相比，嫦娥五号是个不折不扣的“胖妞”——其发射质量达到了惊人的8.2吨。这既超越了中国已发射的所有地外探测器，在全世界的无人深空探测器中也是“极具分量”的。8.2吨的“胖妞”，采用了串联结构，由轨道器、返回器、着陆器和上升器组成，共有15个分系统。嫦娥五号结构图 | 图片来源：国家航天局探月与航天工程中心
其中，着陆器和上升器构成着上组合体，轨道器和返回器构成轨返组合体。在进入环月轨道后，着上组合体与轨返组合体分离并动力下降至月表着陆。经过月面采样封装，上升器自月面发射进入环月轨道，与轨返组合体对接，并“移交”月球样本。轨返组合体与完成使命的上升器分离后返回地球，由轨道器释放携带样本的返回器，经过大气层“打水漂”减速，最终在降落场着陆回收。嫦娥五号任务流程 | 图片来源：国家航天局探月与航天工程中心
嫦娥五号作为我国迄今为止最为复杂的航天器系统之一，由航天五院抓总研制，位于上海的航天八院负责轨道器，同样的合作模式也出现在天问一号火星探测器的研制中。可以说，嫦娥五号不仅是中国航天科技的硕果，更是全体航天人大力协同，无私奉献的集体智慧结晶。也许读者朋友已经注意到了，嫦娥五号的任务流程，与著名的阿波罗载人登月计划非常类似，二者都是包含了推进、返回、下降上升部分，都在月球轨道进行二次对接，只不过阿波罗飞船“交接”的是宇航员，嫦娥五号则是样品。阿波罗飞船地月转移构型 | 图片来源：NASA
原因也是显而易见的，作为探月工程三部曲最辉煌的终章，嫦娥五号并不只是“去月球挖点土回来”这么简单。在工程目标上，嫦娥五号还肩负着突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月球样品储存等关键技术的重任，为我国未来开展载人登月与深空探测积累重要的人才、技术、科学和工程基础。也许再过些年，中国宇航员就能将五星红旗插到月球表面。那个时候，宇航员全程的绝对安全就要由经过飞行验证的成熟技术做保证，嫦娥五号等无人探测器功不可没。如此来看，“胖妞”胖得很有道理，8.2吨的发射质量“身大力不亏”，能够支持2千克月球样本的返回。别小看这2千克，这是人类月球无人探测样本容量的新纪录，上一个记录是苏联Luna 24月球探测器于1976年创下的170.1克样本量，已经保持了足足44年。
44年的等待，新的开始
44年前的1976年8月9日，苏联无人探测器Luna 24自拜科努尔发射场升空。8月22日，Luna 24的返回舱携带着170.1克月球样本回到地球。这是苏联最后一次月球无人取样探测，也是嫦娥五号发射前全世界的最后一次。Luna 24无人探测器 | 图片来源：phys.org
这个外形简单而不失科幻感的探测器，是苏联拉沃契金设计局的杰作。对，就是那个在螺旋桨时代大放异彩，曾经拿出过拉-7等优秀活塞式战斗机的拉沃契金。伟大卫国战争的功臣——拉-7战斗机 | 图片来源：Alan Wilson@Wikipedia
上世纪60年代到70年代，是人类月球探测的黄金时代。从第一颗人造地球卫星、第一艘载人飞船开始的美苏航天争霸进入白热化阶段，战场也从近地轨道直接延伸到月球。后面发生的故事我们都知道了，一直领跑航天竞赛的苏联，在科罗廖夫英年早逝后陷入不同设计局的内斗内耗，令投入本就远不如对手的苏联最终输掉了载人登月。而美国则空前团结、三军用命，并在“钞能力”的帮助下笑到了最后，第一个进入太空的人类是苏联人尤里•加加林，而美国人内尔•阿姆斯特朗则因第一个踏上月球而被历史永远铭记。然而，就像拉沃契金设计局的活塞式战斗机注定消失在历史长河中一样，人类对月球的取样探索在1976年后就突然沉寂了下去。直到嫦娥五号的横空出世，月球已经等了44年，全人类也已经等了44年。嫦娥五号月面采样 | 图片来源：中国航天科技集团
原因很简单，月球取样返回，难度极大，成本很高，投入周期很长。没有合理的系统规划，坚定的国家意志，渴求科学真理的人，探月很容易陷入“面子工程”、“花钱听响”的攀比怪圈。并且很不幸地，我们的一些邻居似乎已经陷入了这样的怪圈中。深空探测的机会是宝贵的，世界上只有很少的国家意愿开展、并有实力支持深空探测计划。因此每一次机会都应当被充分利用，带动科技进步，为人类探索未知。嫦娥五号的“收官”，并不是中国探月工程的谢幕，而是“绕落回”三步走战略的胜利完成。如果一切顺利的话，作为嫦娥五号备份的嫦娥六号将成为我国探月四期的排头兵，在月球南极进行采样返回。嫦娥七号同样聚焦月球南极，在传统的着陆探测以外，还会有更加新颖的探测方案。图片来源：文昌发射场现场
来源|观察者网
背景简介：本文作者石豪，科研工作者，航空航天观察者。本文2020年11月24日年发表于微信公众号 观察者网（为了这一天，全人类等了44年），风云之声获授权转载。