去月球挖土的“嫦娥”如何带着月壤安全回家

    “‘嫦娥’要去月球挖土了！”

    11月24日，随着嫦娥五号成功发射，这句颇为形象的话很快在网络上流传开来。作为我国探月工程“绕、落、回”三步走中的最后一步“回”，嫦娥五号将开启我国首次地外天体采样返回之旅——飞到月球挖取月壤，再带着月壤返回地球，这被认为是我国迄今最复杂的航天工程之一。

    “这次任务相对于我们已经实施的绕月探测、落月探测来说，是一次新的、更大的技术跨越。”国家航天局探月与航天工程中心副主任、探月工程三期副总设计师、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇说。

    在裴照宇看来，嫦娥五号任务对于我们“绕、落、回”整体规划来说，是收官之作；对于未来我国月球探测来说，是奠基之作。

    既是收官，又是奠基，可见嫦娥五号承担的使命有多么艰巨和光荣。那么，要去月球挖土的“嫦娥”，这一路将面临哪些挑战？如何带着月壤安全回家？

任务过程约23天，环环相扣不能有失误

    为何要去月球挖土？

    一言以蔽之：为了更好地认识月球。“将月壤样品带回地球，让科学家进行系统、长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特性、物质组成，可以深化月球成因和演化历史的研究，为和平利用空间资源贡献中国智慧。”航天科技集团五院嫦娥五号探测器副总设计师阮剑华说。

    月球，我们已去过多次，但去月球自动采样并带回地球，以前没做过。嫦娥五号任务的复杂性和难度，可以用五个“首次”来诠释。“一是地外天体的采样与封装，二是地外天体的起飞，三是月球轨道交会对接，四是携带样品高速地球再入，五是样品的存储、分析和研究，这在我国都是首次。”裴照宇言简意赅。

    阮剑华介绍，嫦娥五号发射后，将经过地月转移、近月制动、环月飞行、月面软着陆等过程，降落在月球正面风暴洋东北部，然后通过表取采样机构和钻取采样机构，采集月表岩石和土壤样品，同时开展科学探测。完成采样和封装后，在月面起飞，经过月球轨道交会对接、月地转移、再入地球等过程，返回并着陆于内蒙古四子王旗地区。整个任务总共11个飞行阶段，过程大约持续23天。

    23天，看似很长，但其实整个任务流程都很紧凑。“一环接一环，每一环留给我们的时间都不多，每一步工作都要非常准确，各环节环环相扣，不能有失误。如果有一个出现意外情况，将带来一系列后续问题。”裴照宇强调。

挖土约2公斤，数量不算少

    嫦娥五号探测器由上升器、着陆器、返回器、轨道器组成，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。着陆月球后，将在月面工作约两天，这两天里的一个重要任务就是挖土。

    挖土看似简单，但不是随便一铲子下去就行。嫦娥五号采集的样品，将被用来研究月球的起因和演化。要让挖出来的土有更好的研究价值，必须提高采样的可靠性，增加样品的多样性。因此，嫦娥五号将通过钻取和表取两种方式来采集样品。

    科学家给嫦娥五号提出的挖土目标是：约2公斤。根据目前对采样量的分配，钻取的样品是约0.5公斤，表取的样品是约1.5公斤。

    好不容易去一趟月球，为何不多挖点土带回来？

    “采集量的多少会影响到容器的大小，进而影响到整个探测器的体积、重量，以及推进剂的需求。”裴照宇解释，比如，为了钻取0.5公斤的样品，探测器上的钻取机构要达到七八十公斤；为了表取1.5公斤的样品，表取机构也要几十公斤；这100多公斤的采样机构都要由探测器送到月球去，会影响到探测器整体的重量、体积和功耗。

    裴照宇指出，以2公斤的采样量作为初始值来设计探测器，嫦娥五号探测器的总重量达到8.2吨。如果增加样品的量，整个探测器很多指标都会增长，8.2吨很可能不够，最后会超过火箭的运载能力，目前的设计是平衡后的结果。“2公斤的数量不算少，工程上可实现。”他说。

再入地球充满考验，带回样品就是成功

    挖完土并封装后，嫦娥五号将开启回家之旅：上升器携带样品从月面起飞，在月球轨道与轨道器实现交会对接，样品从上升器转移到返回器，然后轨道器携带返回器完成月地转移，返回器以第二宇宙速度再入地球，最后在内蒙古四子王旗地区着陆。这正是探月任务“绕、落、回”的最后一步——回。

    要从月球回到地球，嫦娥五号在月球轨道的交会对接很关键。这些年来，我们对“交会对接”这个词并不陌生。我国载人航天工程曾进行过多次交会对接。但这些交会对接都发生在地球轨道，在月球轨道上交会对接，嫦娥五号将是我国第一个。

    完成交会对接和月地转移后，嫦娥五号返回器将进入地球。再入地球的过程，充满考验。裴照宇指出，从地球轨道再入地球是7.9公里每秒的速度（即第一宇宙速度），而从月球再入地球将达到11公里每秒的速度（即第二宇宙速度），增加了30%以上。如此高速之下，探测器面临的力和热的环境要恶劣很多。

    目前，嫦娥五号任务团队正在紧锣密鼓地准备飞控和返回器回收工作。“我们的目标是采样返回，采到样品，返回地球，就是成功。不管带多少，都是成功！”裴照宇强调，“当然，既然设计了2公斤，我们会努力争取实现这个指标。”

为载人登月与深空探测打基础

    根据之前的部署，我国探月工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。此次成功发射嫦娥五号的任务，裴照宇将其总结为既是“收官之作”，又是“奠基之作”。也就是说，嫦娥五号在探月工程中将发挥着承上启下的作用。

    国家航天局表示，嫦娥五号任务将完善探月工程体系，为我国未来开展载人登月与深空探测积累重要的人才、技术和物质基础。这也意味着，还有更艰巨的任务在等着我们。

    “在探月工程三期研制过程中，我们对后续的月球探测进行了论证，规划了嫦娥七号和嫦娥八号任务，这两次任务的目标是建设月球科研站基本型。”裴照宇透露。

    在裴照宇看来，我们现在对月球的认识，就像一百年前对深海的认识一样，仍非常有限，需要人类携手一起探索。“我们向国际社会发出了倡议，希望与世界各国合作，共建国际月球科研站，这将为月球科学探测和月球相关技术的实验提供共享平台。”

    （本报记者 陈海波）