今別月宮去 采得月壤歸(科技自立自強(qiáng)·逐夢(mèng)深空)
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12月3日23時(shí)10分，嫦娥五號(hào)上升器點(diǎn)火起飛，攜帶月壤進(jìn)入預(yù)定環(huán)月軌道，實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體起飛。此前，嫦娥五號(hào)探測(cè)器經(jīng)過(guò)約19小時(shí)月面工作，順利完成月球表面自動(dòng)采樣。隨后，上升器將把樣品轉(zhuǎn)移到返回器，返回器將等待合適的月地入射窗口，做好返回地球的準(zhǔn)備。
記者從國(guó)家航天局獲悉：12月3日23時(shí)10分，嫦娥五號(hào)上升器月面點(diǎn)火，3000牛發(fā)動(dòng)機(jī)工作約6分鐘后，順利將攜帶月壤的上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道，成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體起飛。
上升器月面點(diǎn)火
經(jīng)歷垂直上升、姿態(tài)調(diào)整和軌道射入三個(gè)階段
專家介紹，與地面起飛不同，嫦娥五號(hào)上升器月面起飛不具備成熟的發(fā)射塔架系統(tǒng)，著陸器相當(dāng)于上升器的“臨時(shí)塔架”，上升器起飛存在起飛初始基準(zhǔn)與起飛平臺(tái)姿態(tài)不確定、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流導(dǎo)流空間受限、地月環(huán)境差異等問(wèn)題；此外，由于月球上沒(méi)有導(dǎo)航星座，上升器起飛后，需在地面測(cè)控輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實(shí)現(xiàn)自主定位、定姿。
點(diǎn)火起飛前，著上組合體實(shí)現(xiàn)月面國(guó)旗展開(kāi)以及上升器、著陸器的解鎖分離。此次國(guó)旗展開(kāi)是我國(guó)在月球表面首次實(shí)現(xiàn)國(guó)旗的“獨(dú)立展示”，回傳影像顯示，五星紅旗在陽(yáng)光照耀下，“中國(guó)紅”格外鮮艷。
點(diǎn)火起飛后，上升器經(jīng)歷垂直上升、姿態(tài)調(diào)整和軌道射入3個(gè)階段，進(jìn)入預(yù)定環(huán)月飛行軌道。隨后，上升器將與環(huán)月等待的軌返組合體交會(huì)對(duì)接，將月球樣品轉(zhuǎn)移到返回器，后者將等待合適的月地入射窗口，做好返回地球的準(zhǔn)備。
設(shè)計(jì)兩種“挖土”模式
鉆取和表取互為備份、先后開(kāi)啟
12月2日22時(shí)，經(jīng)過(guò)約19小時(shí)月面工作，探月工程嫦娥五號(hào)探測(cè)器順利完成月球表面自動(dòng)采樣，并已按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。
據(jù)介紹，嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功著陸月面后，開(kāi)展了太陽(yáng)翼展開(kāi)、機(jī)構(gòu)解鎖等相關(guān)準(zhǔn)備工作，之后就進(jìn)入了“挖土”的工作模式。國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇介紹，此次嫦娥五號(hào)探測(cè)器自動(dòng)采樣任務(wù)采用表鉆結(jié)合、多點(diǎn)采樣的方式，設(shè)計(jì)了鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種模式。
據(jù)介紹，鉆具鉆取主要獲得月面以下的樣品，而機(jī)械臂表取則主要獲得月球表面樣品，兩種模式互為備份。
這兩種模式并不是同時(shí)進(jìn)行。首先開(kāi)啟的是鉆取模式，截至12月2日4時(shí)53分，嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝。接著，機(jī)械臂表取裝置開(kāi)始在月面自動(dòng)采樣并封裝，截至12月2日22時(shí)，嫦娥五號(hào)順利完成月球表面自動(dòng)采樣，并已按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。專家介紹，為確保月球樣品在返回地球過(guò)程中，保持真空密閉以及不受外界環(huán)境影響，探測(cè)器在月面對(duì)樣品進(jìn)行了密封封裝。
為了順利完成采樣任務(wù)，著陸器隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢介紹，機(jī)械臂表取可以想象成類似人手的裝置，在腕關(guān)節(jié)設(shè)有兩個(gè)采樣裝置，很像挖土的鏟子；鉆具鉆取則可以鉆入月球內(nèi)部，鉆取月壤巖芯。它們科學(xué)分工，精密配合，采取深鉆、淺鉆、“鏟土”“挖土”“夾土”等各種方式，采集月壤樣品并進(jìn)行密封封裝。
月面地面緊密配合
搭載多種“神器”，為采樣提供信息支持
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，科研人員充分考慮了月面可能會(huì)遇到的各種復(fù)雜情況，希望能夠盡量多獲取不同種類和數(shù)量的月壤樣品。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測(cè)器研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了幾百次試驗(yàn)、數(shù)十種工況模擬、多次采樣封裝演練，確保采樣過(guò)程的可靠性。
而在實(shí)際的采樣、封裝過(guò)程中，嫦娥五號(hào)在月面辛勤“忙碌”著，科技人員在地面實(shí)驗(yàn)室也根據(jù)探測(cè)器傳回的數(shù)據(jù)，仿真采樣區(qū)地理模型并全程模擬采樣，為采樣決策和各環(huán)節(jié)操作提供了重要依據(jù)。著陸器配置的月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀等有效載荷正常工作，按計(jì)劃開(kāi)展科學(xué)探測(cè)，并給予采樣信息支持。此外，嫦娥五號(hào)還配置了降落相機(jī)、全景相機(jī)、月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀、月球礦物光譜分析儀等多種有效載荷。探測(cè)器鉆取采樣前，月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀對(duì)采樣區(qū)地下月壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析判斷，為采樣提供數(shù)據(jù)參考。
采樣難度系數(shù)高
考慮光照條件、電源、熱控等約束
裴照宇在之前接受采訪時(shí)表示，“作為對(duì)這次任務(wù)的考核，我們的目標(biāo)是采樣返回，采到樣品，返回地球，就是成功，不管帶多少，都是成功！”之所以這么說(shuō)，是因?yàn)槭状卧旅娌蓸拥碾y度系數(shù)非常高。
彭兢介紹，月面采樣裝置是全新研制的，技術(shù)新、難度大，需要考慮飛行任務(wù)以及探測(cè)器的測(cè)控、光照條件、電源、熱控等各種約束。采樣期間還要面臨月面高溫的工作環(huán)境，月球表面白天溫度超過(guò)100攝氏度，無(wú)人采樣器要在這么高的溫度下正常工作，挑戰(zhàn)可不小。再加上采樣任務(wù)時(shí)序緊張、機(jī)構(gòu)動(dòng)作多、不確定因素也很多，這些都增加了首次月面采樣的難度。
據(jù)介紹，20世紀(jì)六七十年代，美國(guó)和蘇聯(lián)先后實(shí)現(xiàn)有人和無(wú)人月球采樣返回。美國(guó)實(shí)施的是有人采樣方式，在6次登月計(jì)劃中采樣量達(dá)380多公斤；蘇聯(lián)實(shí)施了3次無(wú)人采樣方式，共采集月壤300余克。
距人類上一次從月球采樣至今，已有40多年的時(shí)間沒(méi)有拿到新的月球樣品?？茖W(xué)家表示，對(duì)月壤的研究不僅涉及月球本身，還包含太陽(yáng)系空間物質(zhì)和能量的重要信息。將月球的月壤等關(guān)鍵性樣品運(yùn)回地面實(shí)驗(yàn)室供科學(xué)家精準(zhǔn)分析研究，有利于進(jìn)一步了解月球的狀態(tài)、溫度、物質(zhì)含量等重要信息，深化對(duì)月壤、月殼和月球形成演化的認(rèn)識(shí)。
本報(bào)記者 馮 華 喻思南