吳雪

12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)圓滿完成我國(guó)首次地外天體采樣返回任務(wù)，返回器攜帶珍貴的月壤樣品，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院做了35項(xiàng)故障預(yù)案，最后一項(xiàng)都沒有用到，而此次任務(wù)也創(chuàng)造了中國(guó)航天史上五個(gè)“首次”。

最引人注目的環(huán)節(jié)之一：首次地外天體的采樣與封裝

在月球表面自動(dòng)采樣封裝階段，嫦娥五號(hào)在月面選定區(qū)域著陸，并使出渾身解數(shù)采集月壤，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次月面自動(dòng)采樣。為此，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院設(shè)計(jì)師們采用表鉆結(jié)合，多點(diǎn)采樣的方式，精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。

當(dāng)著陸器、上升器組合體順利軟著陸在月球表面后，“嫦娥”為期2天的月面工作就開始了，她采取深鉆、淺鉆、“鏟土”、“挖土”、“夾土”等各種方式，采集約2千克月壤并進(jìn)行密封封裝。

中國(guó)航天史上首次：月面起飛上升

嫦娥五號(hào)完成月面工作后，踏上“回娘家”的旅程。這就涉及到突破我國(guó)航天史上另一個(gè)首次，也是一個(gè)高難度科目——月面起飛上升。

月面起飛，與運(yùn)載火箭在地球起飛經(jīng)過人工精確測(cè)算不同，它沒有一馬平川的起飛地，更沒有成熟完備的發(fā)射塔架，著陸器就相當(dāng)于上升器的發(fā)射塔架，托舉著“五姑娘”回家。而月球表面環(huán)境復(fù)雜，著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài)，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上，這就給起飛增加了難度。

因此，月面起飛時(shí)，必須依靠航天器“自力更生”，實(shí)現(xiàn)起飛時(shí)自主定位、定姿。為了確保上升器能夠順利起飛上升，航天科技集團(tuán)五院嫦娥研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量試驗(yàn)驗(yàn)證，并建立了一整套環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)保證任務(wù)。

38萬公里外的無人交會(huì)：首次月球軌道交會(huì)對(duì)接

當(dāng)著陸器托舉上升器實(shí)現(xiàn)月面起飛上升后，嫦娥五號(hào)一路飛奔而去。但僅僅依靠上升器是不可能實(shí)現(xiàn)返回地球的，它需要飛到月球軌道上，在這里與軌道器、返回器組合體交會(huì)對(duì)接，把采集到的月壤轉(zhuǎn)移到返回器。

但在38萬公里外的月球軌道上進(jìn)行無人交會(huì)對(duì)接不僅在我國(guó)尚屬首次，也是人類航天史上的首次。人類此前三次無人月球采樣任務(wù)，采用的都是月面起飛直接返回地球的方案。

嫦娥五號(hào)則實(shí)現(xiàn)突破，從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開始，一直到軌返組合體與上升器完成對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移為止，設(shè)計(jì)師們?yōu)殒隙鹞骞媚锞脑O(shè)計(jì)了交會(huì)、對(duì)接、組合體運(yùn)行、軌返組合體與對(duì)接艙分離等一系列關(guān)鍵動(dòng)作。

攜帶月壤回家：首次樣品的存儲(chǔ)、分析和研究

此次嫦娥五號(hào)任務(wù)計(jì)劃開展月球樣品的分析與研究，對(duì)月球樣品進(jìn)行系統(tǒng)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，深化月球成因和演化歷史的研究，極具科學(xué)意義。

打個(gè)“太空水漂”：首次攜帶樣品高速再入地球

當(dāng)返回器帶著月壤，從38萬公里遠(yuǎn)的月球風(fēng)馳電掣般向地球飛來，這時(shí)它的飛行速度接近11公里/秒的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為每秒8公里的第一宇宙速度?？蓜e小看了這每秒3公里的差距，它就好像扔石頭，同樣一塊石頭，從一層扔下來和從十幾層樓扔下來的速度肯定不一樣。

同理，航天器從數(shù)百公里高的近地軌道返回和從38萬公里遠(yuǎn)的月球返回必然不同，且差距巨大。一旦速度過猛，返回器一頭撞向地球，后果不堪設(shè)想，必須讓返回器減速飛行。

為此，科研人員創(chuàng)新提出了半彈道跳躍式再入返回技術(shù)方案，就像在太空打水漂一樣，整個(gè)再入返回過程就是讓返回器先是高速進(jìn)入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后以第一宇宙速度扎入大氣層，返回地面。