回家：重返地球的科技之路

離別10多天，嫦娥五號(hào)踏上了回家之旅！

嫦娥“游子”歸心似箭，祖國(guó)母親期許滿滿。38萬(wàn)公里漫漫回家路，嫦娥五號(hào)每走一步，都讓國(guó)人無(wú)限牽掛。

月光照亮了“嫦娥”回家的路，也照亮了中國(guó)探月夢(mèng)想的天梯。

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)言人裴照宇介紹說(shuō)，此次嫦娥五號(hào)探月返回任務(wù)，已創(chuàng)造和將實(shí)現(xiàn)5個(gè)“中國(guó)首次”：一是地外天體的采樣與封裝，二是地外天體的起飛，三是月球軌道交會(huì)對(duì)接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是樣品的存儲(chǔ)、分析和研究。

如果一切順利，嫦娥五號(hào)將把約2000克的月壤樣品“打包”帶回地球。

不要小看這個(gè)數(shù)字，約2000克的目標(biāo)決定了中國(guó)探月的分量，折射出一個(gè)國(guó)家航天實(shí)力的高度。

“嫦娥”探月的背后，是一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)的集智突破、一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新成果的破殼而生。這些科技成果架起了通往月球的天梯，讓中國(guó)人走出了一條屬于自己的探月之路。

隨著嫦娥五號(hào)探月任務(wù)進(jìn)入尾聲，中國(guó)探月工程“三步走”戰(zhàn)略目標(biāo)即將完成，中國(guó)人探索太空的腳步會(huì)邁得更大、更遠(yuǎn)。

12月1日23時(shí)11分，嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近的預(yù)選著陸區(qū)，并傳回著陸影像圖。

挑戰(zhàn)一

月面起飛

“摘片月亮”難度大，捎上“特產(chǎn)”要平穩(wěn)

在順利完成月球采樣后，嫦娥五號(hào)上升器月面點(diǎn)火，輕盈地奔向等待它的太空“母港”——嫦娥五號(hào)軌道器和返回器組合體。

自此，嫦娥五號(hào)正式踏上回家之旅。

從月球出發(fā)，把約2000克月壤樣品“打包”帶回，是這次探月的核心任務(wù)。約2000克月壤樣品，是月球送給我們的一份珍貴禮物。

回家之路，遙遙38萬(wàn)公里，每一步都充滿風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。

嫦娥五號(hào)上升器跨出的第一步——從月面點(diǎn)火起飛，就是一個(gè)高難度科目，這是嫦娥五號(hào)的亮點(diǎn)，也是任務(wù)的難點(diǎn)。

若飛行器在地球上發(fā)射，有專門的發(fā)射塔架，點(diǎn)火起飛位置經(jīng)過(guò)精確測(cè)算，飛行軌道也是一遍遍計(jì)算好的。而月面起飛就不一樣了——沒(méi)有成熟完備的發(fā)射塔架，上升器只能站在著陸器身上發(fā)射。

嫦娥五號(hào)上升器從月面起飛，不確定性非常大，可視為一次從月球發(fā)射航天器的無(wú)人試驗(yàn)。能否成功起飛關(guān)系到后面交會(huì)對(duì)接能否順利實(shí)現(xiàn)，這一環(huán)節(jié)是交會(huì)對(duì)接的起點(diǎn)，需要上升器精確瞄準(zhǔn)交會(huì)對(duì)接的軌道器和返回器組合體。

正如嫦娥五號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢所言：“這個(gè)位置可能會(huì)存在一定的偏差，不像在地球表面可以精確到米，在月球上現(xiàn)在的指標(biāo)可能就是百米量級(jí)，這些誤差都會(huì)影響到入軌的精度。”

經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)攻關(guān)，嫦娥五號(hào)科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列試驗(yàn)驗(yàn)證，建立了一整套環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了嫦娥五號(hào)上升器起飛時(shí)自主定位、定姿，護(hù)送上升器離開(kāi)月球。

所幸，中國(guó)航天人付出的一切努力，換來(lái)了嫦娥五號(hào)上升器的順利飛天。

挑戰(zhàn)二

交會(huì)對(duì)接

“太空郵差”來(lái)幫忙，空中接力送“快遞”

從月面起飛后，嫦娥五號(hào)上升器便飛到月球軌道上。但僅憑一己之力將月壤樣品送回地球，非其力所能及。它需要在月球軌道上與軌道器和返回器組合體交會(huì)對(duì)接，把樣品交給返回器，讓它完成接下來(lái)的旅程。

20世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)成功實(shí)施了3次無(wú)人月球采樣任務(wù)，先后發(fā)射“月球16號(hào)”“月球20號(hào)”和“月球24號(hào)”探測(cè)器，從月球共帶回300多克月壤樣品。當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)采用了探測(cè)器從月面起飛直接返回地球的方案，這種方案導(dǎo)致探測(cè)器需要攜帶大量燃料，而攜帶樣品的能力卻極為有限。

經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐探索，我國(guó)在載人航天領(lǐng)域已經(jīng)熟練掌握了近地軌道交會(huì)對(duì)接技術(shù)。但在38萬(wàn)公里外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接，還是人類探月史上的第一次。

此前，嫦娥五號(hào)上升器與軌道器和返回器組合體成功上演“月宮之吻”，完成月壤樣品的“收件”工作。兩個(gè)航天器在月球軌道進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接，“針尖”對(duì)“針尖”，對(duì)接相當(dāng)精準(zhǔn)，堪稱中國(guó)探月的“神來(lái)之筆”。

看似“神來(lái)之筆”，背后的技術(shù)卻異常復(fù)雜、難度系數(shù)非常高，稍有不慎就會(huì)讓軌道器這個(gè)“太空郵差”白跑一趟。

過(guò)去，天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器采用的是“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接機(jī)構(gòu)。然而，嫦娥五號(hào)上升器與軌道器和返回器組合體的重量相差較大，如果套用過(guò)去的“老模式”，一旦控制不好速度和彼此位置，上升器很可能被“撞飛”。這一次，嫦娥五號(hào)月球軌道交會(huì)對(duì)接采用了抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu)。

通俗地講，抱爪就像手握棍子的動(dòng)作——兩個(gè)方向一用力，把棍子牢牢握在手中。探測(cè)器的對(duì)接機(jī)構(gòu)由3套抱爪構(gòu)成，當(dāng)上升器靠近時(shí)，只要對(duì)準(zhǔn)連接面上的3根連桿，將抱爪收緊，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器的緊密連接。這種全新對(duì)接機(jī)構(gòu)具有重量輕、捕獲可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)接精度高等優(yōu)點(diǎn)。