嫦五成功登月,48小时后起飞,中国最难探月任务进度即将过半
这一晚的月亮格外圆满明亮。尽管不是满月。
就在北京时间12月1日23:10:31,嫦娥五号着陆器顺利落月,成功降落在月球西北方的目标着陆点。
由此成为中国第三个成功登月的着陆器(嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号),也是迄今为止唯一登陆蒙斯·吕姆克山脉地区的探测器。
此前,11月30日凌晨4:40,嫦娥五号探测器两大组合体:「着陆器+上升器」与「轨道器+返回器」在月球轨道上顺利分离。
「轨道器+返回器」继续在200公里环月轨道上飞行,等待几天与上升器对接,准备挑战首次月球轨道交会对接壮举。而「着陆器+上升器」组合体逐渐降低轨道高度,利用推进系统、姿态控制系统进行两次降轨变轨,从200公里轨道高度逐渐下降至15公里,直至距月表2公里。
着陆闯关
北京时间12月1日大约22:58,「着陆器+上升器」组合体锁定在目标着陆点上空,从水平飞行状态变为垂直降落模式,启动主发动机反推减速,进行大约在700秒动力下降。
当降至距月表100米高度时,进入悬停模式,开启自主导航与避障功能,智能选取最佳着陆位置。接下来从100米高度逐渐降至4米处,立即关闭发动机,让组合体自由落体,直到触地软着陆,这样可以避免反推力导致着陆器翻倒,甚至倒扣。
整个着陆下降过程大约持续15分钟。
北京时间12月1日23:10,嫦娥五号「着陆器+上升器」组合体成功软着陆在目标着陆点——月球正面风暴洋西北部的蒙斯·吕姆克山脉附近地带。嫦娥五号由此成为迄今为止第一个登陆该地区的人类探测器。
之所以选中此地着陆采样,因为这里存在多次火山爆发的明显证据,据悉这里是迄今为止已知最年轻的月海玄武岩(地质年龄约12.1亿年)。相比之下,阿波罗号宇航员带回的月球样品年龄在31亿~44亿之间。所以在此采样对全面了解月球地质演变,拼出完整地质演化图,极具一手科研价值。
接下来……
嫦五成功登月之后,接下来还有更重要使命(任务预告时间表仅供参考,具体以实际为准):
12月1日23时~3日23时,月表停留48小时。正是采样点光照充足之时(正值月球正面大白天,月昼为期14个地球日),嫦娥五号探测器可以有效利用持续稳定的太阳光照,为仪器设备供电保温,同时便于钻孔探测,采集样品,以及各种拍照探测等。
12月2日1:15~3:45——利用月岩钻探机进行地下钻取采样,目标打钻2米深,然后样品封装。
12月2日5:14~3日3:35——使用机械取样器在着陆器周围进行月表取样,然后封装。
采集样品总量至少2千克,月表采样与钻取采样比例为3:1。
这远比苏联三次机器人采样量多得多:1970年月球16号任务101克、1972年月球20号任务55克、1976年月球24号任务170克。较比美国阿波罗6次载人登月总计带回382千克,这还是个零头。单纯从采样返回任务来说,嫦娥五号还是性价比最高。
12月3日23:10——月表停留两天后,携带封装样品、重约500公斤的上升器启动点火,从着陆器上方起飞。17分钟后展开太阳翼,缓慢爬升。而着陆器留守月球,独自工作。
12月4日~5日——嫦娥五号任务控制团队对上升器进行4次远程导引操作,进入15×185公里的椭圆形轨道。
12月6日2:14——上升器与轨道器进入交会对接的近距离阶段,轨道器追逐、接近上升器。对接时间窗口约为3.5个小时。
12月6日5:40——上升器与轨道器实现精准对接。之后进行样品转移,置于返回器舱内密封。
12月6日12:35——轨道器+返回器组合体与上升器及对接舱分离操作,为接下来返航做准备。上升器被抛弃在月球轨道。
12月13日10:51——轨道器+返回器组合体进入TEI月地转移轨道第一次点火,以获得足够速度飞回地球轨道。大约112小时后返回器重返地球。
12月14日14:13——轨道器+返回器组合体进入TEI月地转移轨道第二次点火。
当轨道器+返回器组合体在距离地球5000公里时,轨道器完成地月巴士的最后使命,与返回器分离,挥别。返回器独自预备重返地球。
12月17日2:30~3:30——返回器采用打水漂的方式,跳跃式再入大气层,以尽可能减小再入速度。此时接近第二宇宙速度,高达每秒11公里,相当于32马赫,这将创下中国航天器再入速度之最。这更是决定嫦娥五号任务成败的最后一关。预计返回器伞式降落在内蒙古四子王旗着陆区。
嫦娥五号任务全程为期23天,分为12个步骤——运载发射、地月转移、近月减速、环月飞行、月面着陆、月面采样、月面上升、交会对接、环月飞行、月地转移、轨道分离、再入回收。
截至目前,「月面着陆」意味着整个任务进度接近一半。
全部顺利完成一系列关键步骤之后,这意味着嫦娥五号创下多项中国探月纪录:首次在月球表面上自动采样;首次从月面起飞;首次在月球轨道上实现无人对接;首次携带月球样品飞回地球,这都是中国太空探索的首次突破。
不仅如此,嫦娥五号任务有望成为继1976年苏联月球24号任务之后,相隔44年再度实现月球采样返回任务,还是人类第10次月球采样返回任务,这会让中国成为继美苏之后全世界第三个探月采样返回的航天大国。
嫦五神器
●探测器构成:嫦娥五号探测器由轨道器、上升器、着陆器、返回器四大件组成。总质量8.2吨。
①轨道器:也称轨道舱,整体提供进入月球轨道、返回地球轨道的推进系统,与登月舱上升级全自动对接,最终释放返回舱重返地球。主要配备太阳能阵列、上行指令通信系统、下行遥测系统、推进系统、姿态控制系统、交会对接系统等。
②上升器:可以看作登月舱上升级,携带样本容器飞离着陆器,与轨道器对接。
③着陆器:可以看作登月舱下降级,干质量1吨多,满载推进剂总质量3.8吨,用于安全着陆,具备高度自主导航与避障功能,自主寻找最佳着陆点。着陆器配备推进系统(主推进器类似于嫦娥三号着陆器配置,可产生1.5~7.5千牛推力;姿态控制系统由多达28个推进器组成,为轨道飞行、着陆阶段提供10~150牛推力)。
着陆器携带多款科学仪器:着陆相机、光学相机、月球矿物光谱分析仪、月壤气体分析仪、月壤结构探测仪、采样剖面测温仪、月岩钻探机、机械取样器。
④返回器,又称返回舱,内装月球样品容器。与轨道舱分离后,跳跃式再入大气层,最终伞式着陆返回。可以看作缩小版的神舟飞船,只是不载人,只装载月样容器。
看得出来,除了没有配备载人舱以及规模较小以外,轨道路径、交会对接、返回模式都与阿波罗载人登月任务类似。
这意味着:一旦将「器」升级为「舱」,再配备深空载人航天系统+登月装备,就可以实现载人登月。因此可以说,嫦娥五号一大使命也是在为未来中国载人登月先行铺路,积累宝贵的实战经验。
●后续任务:
嫦娥五号的备份任务嫦娥六号,计划2024年发射,飞抵水资源、矿产资源丰富的月球南极,执行采样返回任务。
嫦娥七号、八号作为载人登月之前的全面探测与关键技术验证,还会两次奔月。目前计划嫦娥七号2023年发射,对南极进行全面探测。嫦娥八号计划2027年发射,主要测试在月球建立科研基地的关键技术,比如利用3D打印在南极建造机器人科研基地。
显而易见,这些任务都在为2030年代中国载人登月、建立长期月球基地铺好路,打前阵,而实现载人登月正是未来中国航天的重头戏。举头望明月,嫦娥五六七。遥祝嫦娥奔月一路顺遂,早日见证登月宏大叙事。
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