11月24日4时30分,我国在中国文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道,开启我国首次地外天体采样返回之旅。
长征五号遥五运载火箭发射升空后,先后实施了助推器分离、整流罩分离、一二级分离以及器箭分离等动作。
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,嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成,在经历地月转移、近月制动、环月飞行后,着陆器和上升器组合体将与轨道器和返回器组合体分离,轨道器携带返回器留轨运行,着陆器承载上升器择机实施月球正面预选区域软着陆,按计划开展月面自动采样等后续工作。
嫦娥五号任务由国家航天局组织实施,具体由工程总体和探测器、运载火箭、发射场、测控与回收、地面应用等五大系统组成。
探月工程自2004年1月立项并正式启动以来,已连续成功实施嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、再入返回飞行试验和嫦娥四号等五次任务。此次发射任务是长征系列运载火箭的第353次飞行。
目标
三大工程目标
突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月球样品储存等关键技术,提升我国航天技术水平。
实现我国首次地外天体自动采样返回,推动科技进步。
完善探月工程体系,为我国未来开展载人登月与深空探测积累重要人才、技术和物质基础。
科学目标
根据计划,嫦娥五号将在月球最大的月海风暴洋北缘的吕姆克山附近,钻取约2米深的月壤岩芯柱,共采取2千克重的月球土壤样品,为科研人员带回中国人采集的第一杯月壤。还将开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察,获取与月球样品相关的现场分析数据,建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系;对月球样品进行系统、长期的实验室研究,分析月壤结构、物理特性、物质组成,深化月球成因和演化历史的研究。
“月球是我们地球的唯一天然卫星,更是我们地球的战略制高点。”中国探月工程三期总设计师胡浩认为,“因为月球有它独特的条件,它的位置、环境、资源都非常独特,不光是对航天技术、科学认识的后续发展,包括对经济社会建设的后续发展,都有十分重要的意义。”
释疑
为何选在凌晨发射
此次发射的时间在凌晨,为什么嫦娥五号要选择凌晨升空?中国航天科技集团一院总体部设计师钱航表示,主要原因是便于奔月轨道设计、减少太阳活动影响、利于信号传播及观测等。
月球探测与火星探测一样,都属于深空探测。钱航说,在火箭发射轨道设计上,要考虑到地月相对位置关系。此次发射嫦娥五号探测器,要在满足地球与月球位置关系的限制、火箭射向和滑行时间的约束、探测器地月转移时间、返回器再入航程等条件下,选择最合适的发射时间,也就是确定火箭的发射窗口,而凌晨发射最有利于奔月轨道的设计。
“太阳活动特别是太阳风会干扰电子信号传播,影响地面科研人员操控。”钱航介绍,长征五号选择在凌晨飞向宇宙,此时地球正好把太阳光直接遮蔽住,避免了过多太阳辐射的影响。
钱航还表示,天气条件对于航天发射至关重要。在凌晨,天气状况比较稳定,云层更少,有利于火箭发射及信号的传播。同时,可更好地利用望远镜等天文设备,对观察到的发射情况做出总结。此外,由于凌晨整体环境亮度较低,火箭喷射火焰飞向太空时非常显眼和突出,有利于地面光学和测量设备跟踪到目标,收集相关信息。
细节
去月球挖一把土,总共分几步?
嫦娥五号是中国首个实施无人月面取样返回的航天器,也是中国迄今最为复杂的航天器,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个器及15个分系统组成。该任务将实现“绕、落、回”探月三期工程的圆满收官。
经地月和环月飞行,在月面选定区域着陆,完成月球样品采集,然后从月面起飞、月球轨道交会对接、月地转移和再入回收,将约2千克的月球样品带回地球。 嫦娥五号将在轨飞行20余天,历经11个阶段:
1、发射入轨阶段。嫦娥五号由运载火箭发射,进入到地月转移轨道的飞行阶段,开启探月返回的旅程。
2、地月转移阶段。嫦娥五号与火箭分离,展开太阳翼,逐步进入预定轨道。地月转移段飞行时间大约为112小时,为了确保探测器按照预定轨道顺利到达近月点,期间要进行多次中途修正。
3、近月制动阶段。嫦娥五号在近月点进行两次减速制动,以合适的运动速度进入到环月圆轨道,最终进入的轨道距离月面200公里左右,近月制动时段约1天。
4、环月飞行阶段。嫦娥五号在环月飞行轨道中行进到动力下降初始点,完成轨道返回组合体和着陆上升组合体的分离。着陆上升组合体分离后,要进行两次降轨、变轨,轨道返回组合体将继续环月飞行,等待上升器回来。
5、着陆下降阶段。着陆上升组合体将从下降初始点开始进行月面软着陆,经过主减速段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段和自由下落段等多个阶段,寻找合适的月面完成软着陆,整个着陆下降的过程将持续15分钟左右。
6、月面工作阶段。嫦娥五号着陆上升组合体将在月面停留2天,完成设定任务。包括月面科学探测,月壤钻取、表取和封装。月面工作的时间非常紧张,与此同时,着陆上升组合体与轨道返回组合体必须同时进行下一个阶段的准备,为月球轨道交会对接和样品的转移做好万全准备。
7、月面上升阶段。上升器经过垂直上升、姿态调整和轨道射入,重回环月飞行轨道。月面发射的窗口期很短,上升器和轨道返回组合体要精准考虑测控需求、光照需求以及姿态控制要求,以确保交会对接的顺利完成。
8、交会对接与样品转移阶段。从上升器进入环月飞行轨道开始,通过远程导引和近程导引技术,上升器与轨道返回组合体逐步完成交会对接,上升器中存放的月球样品通过轨道器转移到返回器中。
9、环月等待阶段。轨道返回组合体从对接舱分离,并进入月地入射点,在环月等待段飞行过程中,轨道返回组合体进行一次轨道维持,等待月地入射窗口的到来,做好返回地球的准备。
10、月地转移阶段。轨道返回组合体带着采样产品从月球归来,经历多次中途修正之后,在距离地球5000公里高度处,轨道器和返回器分离,返回器将重返地球。
11、再入回收阶段。返回器与轨道器分离后,轨道器进行规避机动,返回器则要经历惯性滑行、地球大气再入、回收着陆三个阶段,完成最后的降落。返回器首先以第二宇宙速度冲向地球,在进入地球大气后,通过半弹道跳跃式再入返回技术,重新跳出大气层,实现减速。再以第一宇宙速度进行降落,最终返回器打开 降落伞,平稳安全地降落在预定地点。
(新华社 人民日报 新京报)