嫦娥五号执行我国首次月球采样返回任务，有哪些重大意义？

　　据国家航天局消息，2020年11月24日04时30分，中国文昌航天发射场，长征五号运载火箭将我国嫦娥五号探测器成功送入奔向月球的旅程！
　　火箭起飞瞬间©️Tea-Tia
　　一、从嫦娥一号到五号，中国航天再上新高度
　　月球是地球最近的邻居，也是唯一的天然卫星，是出现在各个人类文明中的重要元素，也是几千年来中国神话传说和文人骚客们魂牵梦绕的所在。
　　经过了几十年的发展后，中国航天在新世纪后进入新阶段，把深空探测列入重点发展方向之一。对于月球的探测成为焦点，这便是著名的嫦娥探月工程。它正式始于2004年，采用＂绕、落、回＂三步走发展战略全方位研究月球，目前已经取得了数次任务的巨大成功。
　　2014年10月发射的嫦娥五号T1试验器拍摄的地球和月球合影©️国家航天局
　　2007年10月24日，嫦娥一号掀开嫦娥探月工程的大幕，全方位研究了月球的总体情况；
　　2010年10月1日，嫦娥二号发射，进一步挑战全新技术，结束月球探测任务后飞过距离地球150万千米的日地拉格朗日二点，随后飞掠图塔蒂斯小行星；
　　2013年12月14日，嫦娥三号和玉兔一号成功软着陆月球，成为37年内再次访问月球的人类使者，嫦娥三号至今仍保有一定工作能力，时长是人类月球探测新纪录；
　　2014年11月1日，嫦娥五号T1试验器出发，验证嫦娥五号采样返回任务的技术储备；
　　2018年5月21日，鹊桥号出发，成为人类唯一地球/月球背后通信中继卫星；
　　2019年1月3日，嫦娥四号和玉兔二号成功着陆月球背面南极-艾特肯盆地，实现人类探测器首次在月球背面软着陆。
　　嫦娥四号/玉兔二号/鹊桥号任务 ©️国家航天局
　　而嫦娥五号是嫦娥探月工程中＂回＂（采样返回）这一步的核心任务，在任务执行期间，它将连续实现一系列极限挑战，都是中国航天前所未有的新高度，标志着嫦娥探月工程的历史性突破。这次任务是人类在时隔44年后再次尝试获取月球土壤样本，对中国探月、乃至整个人类探月有着划时代的重要意义。
　　嫦娥五号探测器组合体总重达8.2吨，是人类无人探月史上最复杂最重的探测器。把它发射到38万千米外的月球并非易事，这需要中国航天目前最为强大的长征五号系列运载火箭。目前长征五号已有基本型和长征五号B两个型号：前者采用两级半构型，已发射4次、专注于高轨大型任务，例如天问一号和实践二十号等著名载荷；后者采用一级半构型，已发射1次、专注于近地重型任务，即我国新一代载人飞船试验船。嫦娥五号的重量已非常接近长征五号火箭基本型的理论地月转移轨道极限运力，也将通过这次＂长五遥五送嫦五＂的任务全面证明＂胖五＂的强大实力。
　　长征五号基本型和B型运载火箭对比图©️Memorian-QN
　　嫦娥五号由轨道器、返回器、着陆器和上升器四大部分组成。
　　其中，轨道器主要负责往返月球期间的动力、能量、通信和交会对接需求等；
　　返回器负责保管月壤采样样本，重返地球大气并安被全回收；
　　着陆器负责携带上升器顺利降落月球，完成月面打钻采样、机械臂抓取采样和相关科研任务等；
　　上升器负责携带收集的月壤样本，离开月球表面，与轨道器再次对接，将月壤转移至返回器中。
　　嫦娥五号探测器要实现组合体制动绕月、软着陆月球、两种方式采集月壤样本、月球上空交会对接、返回地球并着陆等一系列高难度操作，它的轨道器、着陆器和上升器都需要携带独立却各自功能不同的复杂推进系统，是人类无人探测月球的难度之最。整体难度甚至大幅超过1976年的苏联月球24号任务，那是人类最近一次月球采样返回。
　　在借由长征五号火箭发射离开地球后，嫦娥五号的轨道器负责主要推进工作，它需要完成轨道保持和数次修正，瞄准月球。
　　靠近月球后，制动工作，进入环月轨道。
　　随后，着陆器携带上升器择机分离并着陆月球。为最大限度获得高质量月壤样本，着陆器会采取打钻和机械臂抓取两种方式采集约2千克月壤并封存。
　　上升器依托着陆器为发射平台，脱离月球引力后，还需要与轨道器在距离地球38万千米外的月球附近完成高难度的自动交会对接。
　　随后，上升器需要把所有样本转移到返回器中。轨道器与上升器分离，仅携带返回器飞回地球。
　　最后，轨道器再与返回器分离，仅返回器着陆地球。
　　嫦娥五号要面对的技术突破众多，且难度极高，仅以最后返回器返回地球这一最后步骤为例足以证明。返回器经由轨道器送到地球附近时，速度会逼近第二宇宙速度（11.2千米/秒），这个速度远远高于普通返回式卫星返回地球时的第一宇宙速度（7.9千米/秒）级别。如果直接冲进大气层，巨大的摩擦和冲击可能会让返回器焚毁。因而，返回器将采取在大气层边缘多次＂打水漂＂的滑跃式返回方式，多次减速。其中每一次与大气接触都需要经过精准计算，最终让返回器以安全速度冲入大气，通过气动减速和降落伞减速等方式，准确安全降落在预定着陆场。最后一小步难度尚且如此，整个嫦娥五号任务过程难度可想而知。
　　我们甚至可以将嫦娥五号与阿波罗登月飞船进行对比，二者都包括四大组成模块、都要实现近乎完全相同的技术步骤，最大的区别就在于载人探测和无人探测，这也说明嫦娥五号难度已然远超其他无人探月任务。阿波罗登月的背后，有徘徊者、勘测者、月球轨道计划三个无人月球探测项目做铺垫，前后发射了21个任务。我国的嫦娥探月工程在嫦娥五号时，就实现了最大的技术难度跨越，效率和执行力都非常值得肯定。
　　三、嫦娥五号已经出发 六七八号还会远吗？
　　在通过嫦娥一号到五号任务完成探月工程＂绕、落、回＂三步之余，我国还规划了探月四期任务。嫦娥六号计划在月球南极进行采样返回，嫦娥七号计划开展对月球地形地貌、物质成份、空间环境的综合探测，嫦娥八号将集中于科学探测试验和关键技术进一步突破。为与国际上的其他月球探测任务相结合，我国计划在下一个十年建立小型国际月球科研站，邀请欧洲航天局和俄罗斯宇航局参与。这个科研站目标是支持长时段、较大规模的科学探测、技术试验与月球资源开发利用。
　　2030-2035年间，将其进行扩展，满足短期有人值守、长期自动运行的需求。最终，于2036年至2045年间建成综合型的月球基地，实现人类长期驻留，并完成全面、大规模的科学探测、技术试验与月球资源开发利用。由于月球条件恶劣、资源贫瘠，全封闭的基地完全实现自给自足会比较困难，保持定期的地月往返航班将是维持基地运转的重要保障。
　　全人类也在期待能通过国际合作，建立人类在月球的第二家园 ©️NASA
　　四、写在最后
　　最后，笔者想借机谈一点自己的亲身经历。在大约十几年前，笔者聆听了我国月球探测工程首席科学家、＂嫦娥之父＂欧阳自远院士的一场科普讲座，他是我国研究天体化学与地球化学领域的巨擘，也领导了我国对月壤的研究。他在讲座中提到，中国仅有1克月壤，是美国总统在中美恢复建交后赠送。这1克实在太过珍贵，他们只敢拿出0.5克绞尽脑汁做各种科研，不让中国人在这个领域落伍。而另外0.5克，则存放在北京天文馆中，它应该属于全体中国人，让所有中国人有亲眼目睹月壤的机会。
　　随后，笔者又在北京天文馆做起科普讲解志愿者，很多次向观众们详细介绍那隔着放大镜、认真密封起来的0.5克月壤样本。当时我的解说词都会以这么一句话结束：＂中国嫦娥探月工程的第三步，就是获得中国自己的月壤样本，请大家继续支持中国航天，我们期待嫦娥成功的那一天＂。
　　如今，我们终于要做到了。
　　出品：科普中国
　　制作：太空精酿
　　监制：中国科学院计算机网络信息中心