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上九天嫦娥揽月穿星河逐梦无垠(科技自立自强·逐梦深空)

字号+作者:admin 来源:科技 2021年05月14日

霞光下的远望3号船。 亓 创摄 经历23天的旅程,12月17日凌晨1时59分,探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。...


  霞光下的远望3号船。   亓 创摄
  经历23天的旅程,12月17日凌晨1时59分,探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。
  国家航天局专家表示,嫦娥五号探测器在一次任务中,连续实现我国航天史上首次月面采样、月面起飞、月球轨道交会对接、带样返回等多个重大突破,为我国探月工程“绕、落、回”三步走发展规划画上了圆满句号。同时,嫦娥五号任务作为我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程,成功实现了多方面技术创新、突破了一系列关键技术,对于我国提升航天技术水平、完善探月工程体系、开展月球科学研究、组织后续月球及星际探测任务,具有承前启后、里程碑式的重要意义。
  回家之路怎么走
  为克服高速高温,“太空打水漂”式返回
  在先后完成发射、落月、采样封装、月面起飞、月球轨道交会对接、上升器与轨道器和返回器组合体分离等环节后,嫦娥五号开始准备返回地球。
  12月12日—16日,轨道器和返回器组合体在完成2次月地转移入射、2次轨道修正后,返回器于12月17日与轨道器分离并重返地球。
  12月17日凌晨1时许,北京航天飞行控制中心通过地面测控站向嫦娥五号轨道器和返回器组合体注入高精度导航参数。此后,轨道器与返回器在距南大西洋海平面高约5000公里处正常解锁分离,轨道器按计划完成规避机动。
  凌晨1时33分,嫦娥五号返回器在距地面高度约120公里处,以接近第二宇宙速度高速进入地球大气层,实施初次气动减速。下降至预定高度后,返回器向上跃出大气层,到达最高点后开始滑行下降。之后,返回器再次进入大气层,实施二次气动减速。这就是此次嫦娥五号采用的全新的再入方式——半弹道跳跃式再入返回,也就是俗称的“太空打水漂”。
  为什么要采用这种方式?
  航天专家介绍,当返回器带着月壤,从月球风驰电掣般向地球飞来,这时的飞行速度是约为11.2千米每秒的第二宇宙速度,而一般从近地轨道返回的航天器速度大多为7.9千米每秒的第一宇宙速度。可别小看了这每秒3公里的差距,航天器从数百公里高的近地轨道返回和从38万公里远的月球返回必然不同。一旦速度过猛,返回器一头撞向地球,后果不堪设想,必须让返回器减速飞行。此外,高速进入大气层时将摩擦产生剧烈高温,热量急剧提升也为航天器返回带来巨大挑战。
  如何把速度降下来?科研人员经过反复研究,根据我国航天器实际情况,决定借助地球大气层这个天然屏障,通过空气摩擦产生的阻力实现减速目的,提出了“太空打水漂”的方案。
  除了速度,返回器还要克服高温的影响。“再入的速度提高一倍,再入热量将提高8—9倍。”中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器结构分系统主任设计师董彦芝说。如此高的温度,一旦进入返回器内部,后果将不堪设想。
  如何防热、怎样对抗烧蚀,成为技术团队必须攻克的难关。总体设计部防热结构设计团队为返回器设计了一件“防热衣”。针对月球轨道返回热环境、空间环境和重量的要求,提出了不同部位耐烧蚀和隔热的具体需求与指标,从33种新研材料中筛选出了7种防热材料,完成了防热材料的布局和局部防热结构设计,实现了我国由近地轨道再入到深空轨道再入的防热结构设计的跨越。
  在降至距地面约10公里高度时,返回器打开降落伞完成最后减速并保持姿态稳定,随后在预定区域平稳着陆。这一整套动作,堪称完美。
  着陆之后怎么找
  为达到舱落人到,多次演练优化
  嫦娥五号返回器着陆后,负责搜索回收任务的测控与回收系统技术人员及时发现目标,有序开展回收工作。
  在北京航天飞行控制中心大厅内,无数双眼睛紧盯着大屏幕。随着返回舱顺利落入着陆场,直升机、搜索车辆上的工作人员动作迅速,在红外显示的画面里,夜幕中的他们浑身反光,追寻着嫦娥五号的身影。内蒙古的深夜大雪封路,在北京飞控大厅里的人们虽然听不到搜索队队员的声音,却和他们一样紧张。时间一分一秒流逝,“找到了吗?”这样的问题不断被提及,10分钟,20分钟,终于,“雄鹰报告,直升机目视返回器着陆……”
  时值隆冬,严寒积雪条件下夜间搜索,返回器目标体积小以及特殊的返回方式给搜索回收工作带来很多困难。和载人飞船相比,嫦娥五号返回器的体积只有飞船返回舱的约1/7,可着陆面积却是载人飞船的16倍,在冰天雪地的夜间寻找如此小的目标可谓难上加难。
  为此,担负搜索任务的中国酒泉卫星发射中心搜索回收分队组织进行了多次贴近实战的训练演练。针对这次任务呈现出的新特点、新挑战,他们不断完善方案预案,优化搜索力量布势。酒泉卫星发射中心研究员、嫦娥五号任务着陆场区指挥部成员兼技术组组长卞韩城介绍,搜索人员从技术上采取了很多措施,比如将雷达的测量数据经过处理送到直升机和搜索车辆上,引导直升机和搜索车辆接近返回器,同时在直升机和搜索车辆上加装了高功率的探照灯,协助搜索人员快速发现目标等。
  据介绍,为了确保直升机能够在目标区域安全降落,地面搜索车辆能够顺利抵达,前期,搜索回收分队结合冰雪夜间环境进行了近30次的着陆区地形勘察。累计标注通信铁塔100余座,测风塔30余座,牧民点2800余处,对回收区内的沟壑、断崖以及一些小湖泊进行了标记,这一切都是为了迎接嫦娥五号顺利回家。
  “任务当天,我们接到北京通报的归零飞行后,不到30分钟就发现返回器。这体现出我们落点预报快速准确,达到了舱落人到的标准。”搜索回收分队队员郭志超说:“发现返回器那一刻,心情无比激动。”
  解封之后怎么用
  将进行科研科普,与世界科学家共享
  按计划,回收后的嫦娥五号返回器在完成必要的地面处理工作后,将空运至北京开舱,取出样品容器及搭载物。国家航天局将择机举行交接仪式,正式向地面应用系统移交月球样品,我国首次地外天体样品储存、分析和研究相关工作也将随之启动。
  国家航天局探月与航天工程中心副主任、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇介绍,拿到月球样品后,首先要做的是解封工作,这是由于样品容器是在真空状态下进行封装的,进入地球之后要在地球的环境下操作。解封之后要对样品进行分样,进行基本特性、物理化学特性测试。然后要进行样品登记,给每一份样品建立档案。
  对于月球样品的用途,国家航天局副局长吴艳华表示,中国是第三个从月球采样回来的国家。月球样品主要包括3类用途,最主要的目的是为了进行科学研究;还有一部分样品将入藏国家博物馆向公众展示,进行科普教育;第三类会依据国际合作公约和多边双边合作协议,发布月球样品和数据管理办法,与有关国家和世界的科学家共享。
  对于月球样品的科研用途,中国科学院国家天文台研究员、探月工程三期副总设计师李春来介绍,对于采回的月球样品会妥善存储,包括异地灾备存储考虑。“绝大部分样品会用于科学研究,我们会在实验室进行长期的、系统的对月球样品的研究工作,包括结构构造、物理特性、化学成分、同位素组成、矿物特点和地质演化方面,希望能够深化我们对月球的起源、演化方面的认识。”
  《 人民日报 》

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