嫦娥五號(hào)歸來，一夜之間這個(gè)“平平無奇”的挖土小天才成了航天家族中的大明星！它到底有哪些驚世絕技呢？本期我們就通過嫦娥五號(hào)的九大高光時(shí)刻，了解一下中國最高超的挖土技術(shù)！

嫦娥五號(hào)軌道器任務(wù)徽標(biāo)

圖片來源：Loren Roberts NASA（毛新愿改編）

四器聯(lián)合·無人探月技術(shù)的極致

在嫦娥五號(hào)之前，只有美國和蘇聯(lián)從月球帶回過月壤，美國在1969—1972年使用的阿波羅載人飛船是由服務(wù)艙、返回艙、登月艙上升級(jí)和下降級(jí)四個(gè)部分組成的;1976年，蘇聯(lián)使用的月球24號(hào)探測(cè)器主要由上升級(jí)、返回器和下降級(jí)三部分組成。而此次，嫦娥五號(hào)探測(cè)器是由軌道器、返回器、著陸器和上升器四個(gè)部分組成的。軌道器主要負(fù)責(zé)往返月球期間的動(dòng)力、能量、通信和交會(huì)對(duì)接任務(wù)等;返回器負(fù)責(zé)保管月壤樣本，攜帶月壤重返地球并被安全回收;著陸器負(fù)責(zé)攜帶上升器降落月球表面，完成月面打鉆采樣、機(jī)械臂抓取采樣和相關(guān)科研任務(wù);上升器負(fù)責(zé)攜帶收集到的月壤樣本，離開月球表面，與軌道器再次對(duì)接，并將月壤轉(zhuǎn)移至返回器中。

可以說，嫦娥五號(hào)有點(diǎn)兒像阿波羅登月飛船的無人縮小版，技術(shù)難度遠(yuǎn)超蘇聯(lián)的月球24號(hào)任務(wù)。

長(zhǎng)征五號(hào)·力拔山兮氣蓋世

嫦娥五號(hào)探測(cè)器組合體總重達(dá)8.2噸，是人類無人探月史上最復(fù)雜、最重的探測(cè)器。把它發(fā)射到38萬千米外的月球并非易事，這就需要用到我國目前最為強(qiáng)大的長(zhǎng)征五號(hào)系列運(yùn)載火箭。2020年11月24日4時(shí)30分，中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)，870噸重的長(zhǎng)征五號(hào)氣吞山河，將嫦娥五號(hào)直送月球。

萬里之外·絕世高手凌波微步

嫦娥五號(hào)單程需要飛行幾十萬千米，正如我們駕車時(shí)需要不時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤以保持軌跡不偏一樣，嫦娥五號(hào)也需要時(shí)常進(jìn)行軌道修正，并檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。那如何進(jìn)行軌道修正、一路上又要修正幾次？這都要取決于火箭發(fā)射后，嫦娥五號(hào)被送入預(yù)定軌道，以及其軌道器離開月球軌道時(shí)的精度。精度越高，需要的后續(xù)修正就越小。這次，火箭和軌道器表現(xiàn)得很完美，所以嫦娥五號(hào)往返月球的旅程就變得十分輕松，修正非常簡(jiǎn)單。整個(gè)任務(wù)期間，共進(jìn)行了四次軌道修正，每次修正只勞煩一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作很短的時(shí)間，最短的一次為2秒，最長(zhǎng)的一次也不過28秒。

月球著陸·刀尖上的舞者

著陸月球并非易事，嫦娥五號(hào)首先需要在38萬千米之外的月球上空完成一次分離，著陸器攜帶上升器擇機(jī)降落，軌道器攜帶返回器在月球軌道上靜候佳音。隨后，著陸器成功完成動(dòng)力降落、避障、懸停、精避障、緩速降落等過程，穩(wěn)穩(wěn)落在呂姆克山附近。這里蘊(yùn)藏著月球近10億年地質(zhì)活動(dòng)的秘密。

嫦娥五號(hào)在月面展開中華人民共和國國旗（模擬圖）

采樣月壤·五星紅旗閃耀月球

為了最大程度獲得不同深度、不同形式的月壤樣本，嫦娥五號(hào)采用了多種機(jī)械結(jié)構(gòu)。鉆、抓、取、挖，多種方式并用，使嫦娥五號(hào)提前獲取了足夠的樣本。最后，它還從身體里“掏”出一面五星紅旗。由于使用了特殊材料、四邊也都進(jìn)行了固定，所以這面五星紅旗在亮相月球之時(shí)展現(xiàn)出了最美的樣子。

上升器返回·“嫦娥”告別單程票

2020年，我們目睹了多次火箭發(fā)射。但在地球之外的“火箭發(fā)射”一年僅有一次，那就是嫦娥五號(hào)上升器離開月球時(shí)的發(fā)射。它以著陸器為“發(fā)射架”，成功離開月球表面，將采集到的珍貴月壤樣本帶離月球。由此，“嫦娥”終于結(jié)束了單程旅行的歷史，這也是人類時(shí)隔44年，再次在月球上執(zhí)行的“火箭發(fā)射”任務(wù)。

交會(huì)對(duì)接·萬里之外太空之吻

在地球上，兩個(gè)距離很遠(yuǎn)的人想要“接頭”，只要打開各自的手機(jī)導(dǎo)航就可以了。但由于月球離我們很遠(yuǎn)，地球上常用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在月球上根本無法使用。沒有導(dǎo)航系統(tǒng)，我們想對(duì)嫦娥五號(hào)各部分進(jìn)行高精度定位，并指揮它們進(jìn)行交會(huì)對(duì)接就變得極為困難。

軌道器和返回器的組合體圍繞著月球運(yùn)行，上升器攜帶著樣本想與其會(huì)合，就要不斷調(diào)試位置。通過一次次環(huán)繞月球運(yùn)動(dòng)期間的調(diào)試，它們最終在月球上空完成精準(zhǔn)對(duì)接。上升器將月壤樣本成功封裝進(jìn)返回器，最終實(shí)現(xiàn)了中國航天的偉大突破。

太空水漂·極限美麗后的精彩

嫦娥五號(hào)返回時(shí)的速度很快，遠(yuǎn)超神舟飛船的第一宇宙速度，接近了第二宇宙速度（11.2千米/秒）。它直接沖進(jìn)地球大氣層時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊和熱量，極有可能導(dǎo)致任務(wù)在最后階段出現(xiàn)危險(xiǎn)。那該如何解決呢？科學(xué)家們想到了打“太空水漂”這個(gè)辦法。

首先，讓嫦娥五號(hào)借助在接觸大氣時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大氣動(dòng)力一躍而起，然后“緩一緩”再落下，這樣來回兩次“彈跳”，最終安全返回。當(dāng)然，打“太空水漂”也不是件簡(jiǎn)單的事。因?yàn)榇髿庵懈魈幍目諝饷芏炔煌?，返回器沖進(jìn)大氣的角度和姿態(tài)又極難控制，所以為了保證返回器每次沖進(jìn)大氣時(shí)不超過自身的耐受極限，“打水漂”的次數(shù)和間隔就要經(jīng)過精確計(jì)算，最終才能保證返回器準(zhǔn)確落回內(nèi)蒙古四子王旗著陸場(chǎng)。

成功回收·冰天雪地與誰為伴

進(jìn)入大氣層后，嫦娥五號(hào)返回器就要進(jìn)入最后一步。氣動(dòng)減速、姿態(tài)控制、降落傘減速、落到地面、營救搜尋，冰天雪地的四子王旗在2020年12月17日成為全中國最熱鬧的地方。令人意外的是，第一個(gè)歡迎嫦娥五號(hào)回家的竟是一只小動(dòng)物！這只不知“名”的小動(dòng)物快速從嫦娥五號(hào)身邊經(jīng)過，它一定想不到眼前這個(gè)龐然大物剛剛完成了一趟遙遠(yuǎn)的太空之旅。

嫦娥五號(hào)返回后，它采集的樣本會(huì)貢獻(xiàn)出中國最先進(jìn)、最亮眼的天體化學(xué)研究成果。嫦娥家族的后輩們也在摩拳擦掌，時(shí)刻準(zhǔn)備著為中國航天事業(yè)再創(chuàng)輝煌！小行星和彗星探測(cè)、火星采樣返回、木星系統(tǒng)探測(cè)，一個(gè)個(gè)目標(biāo)正走在實(shí)現(xiàn)的路上。同學(xué)們，中國航天人正在前方期待著與你們“交會(huì)對(duì)接”，請(qǐng)記住我們的征途是星辰大海！