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2020 年 12 月 3 日，是中國航天史上的重要一天。這一天，我國首次實現了地外天體起飛。
23 時 10 分，嫦娥五號上升器 3000N 發(fā)動機工作約 6 分鐘，成功將上升器送入到預定環(huán)月軌道。
實際上，12 月 1 日 23 時 11 分，嫦娥五號成功著陸在位于月球正面西經 51.8 度、北緯 43.1 度附近的預選著陸區(qū)。
在月面的 48 小時，嫦娥五號自主完成了從挖土到打包，從升旗到起飛的一系列任務。
向月球出發(fā)
嫦娥五號探測器原定于 2017 年出發(fā)，這一遲到了三年的地外天體采樣之旅，可謂是我國迄今為止最為復雜的航天任務。
公開資料顯示，嫦娥五號此次任務共有 11 步。
北京時間 2020 年 11 月 24 日凌晨 4 時 30 分，搭載著嫦娥五號探測器的長征五號遙五運載火箭成功點火發(fā)射，任務自此展開。
不難想象，嫦娥奔向月亮的過程并不容易，在地月轉移過程中，受入軌偏差、控制偏差等多種因素影響，探測器難免會產生軌道偏差。
為確保其始終在適當的軌道上飛行，11 月 24、25 日，嫦娥五號先后完成了兩次軌道修正。
至此，嫦娥五號已經歷了大約 112 小時的飛行，順利到達了近月點，完成了最初的兩步——發(fā)射入軌、地月轉移。
第三階段則為近月制動。
簡單來講，嫦娥五號的最終目的是要在月球著陸執(zhí)行任務，要著陸，首先要先繞月飛行；而要繞月飛行，就要把原本的飛行速度降下來。
降到什么程度呢？據了解，相對速度只有比月球逃逸速度低，才能被月球引力捕獲，進入環(huán)月軌道。
和地面行駛的汽車原理一致，在近月制動時段，嫦娥五號也進行了 2 次剎車制動。
隨后進入環(huán)月飛行階段，即第四階段。
相比「前浪」們，嫦娥五號的結構最為復雜，共由四部分組成：
軌道器（為地月穿梭提供動力）
返回器（帶著樣本回到地球）
著陸器（用于登月時的下降）
上升器（帶樣本從月球起飛）
這一階段，嫦娥五號一邊飛行，一邊要進行一項重要工作：將「著陸器+上升器」組合體與「軌道器+返回器」組合體分離。
按照此前的分工，軌道器、返回器留軌運行，承載著上升器的著陸器將進行軟著陸和采樣任務。
這之后，嫦娥五號則經歷了至關重要的 15 分鐘——著陸下降。
由于落月后要經歷月面發(fā)射任務，而落月范圍容易存在誤差，這會直接影響到發(fā)射點經緯度、坡度、高程的變化，所以嫦娥五號必須知道自己身處的精確位置和狀態(tài)。
據國家航天局介紹，「著陸器+上升器」組合體從距月面約 15 公里處開始實施動力下降，7500 牛變推力發(fā)動機開機，嫦娥五號的相對月球速度從約 1.7 公里/秒逐步下降至零。
經過自動檢測障礙，嫦娥五號選定了著陸點，最終于 12 月 1 日 23 時 11 分著陸于月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。
值得一提的是，這一過程中，著陸器搭載的相機還拍了下面這張照片。
由此，嫦娥五號的月面 48 小時正式開始。
在月面的 48 小時，嫦娥五號自主完成了從挖土到打包，從升旗到起飛的一系列任務。
如何挖土？
嫦娥五號采取了鉆具鉆取、機械臂表取兩種模式，其中鉆取 0.5 公斤樣本，表取重量則為 1.5 公斤，用時共 19 小時。
中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統(tǒng)副總設計師彭兢對此做了解釋：
鉆取就是通過空心鉆桿的取芯機構，鉆到月球表面兩米深以下處，得到深層樣品的層理信息；表取就是采用機械臂末端固定鏟挖型采樣器，進行表層和次表層月壤采集。
機械臂和鉆頭精確配合，兩種取樣方式同時進行，樣品的種類更為豐富，可靠性也會提升。
隨后就進入到了封裝環(huán)節(jié)。
由于月面幾乎是真空狀態(tài)，而地球表面環(huán)境中有氣體成分、固體顆粒，為避免月樣受到污染，航天科技集團五院 510 所研制了一種月樣密封封裝子系統(tǒng)。
據環(huán)球網報道：
這一系統(tǒng)能夠自動承接、封裝月球樣品，還具有密封功能的裝置。
另外對于封裝的方式，中國工程院院士、國家航天局原局長、探月工程首任總指揮欒恩杰有個形象的比喻——哈爾濱香腸：
因為地球和月球的環(huán)境是不一樣的，樣品不能在轉移到地球的時候受到污染，因此要把鉆取的巖芯裝進一個長長的包裹緊密封裝好，就像哈爾濱香腸一樣。
實際上他所形容的正是航天科技集團五院 529 廠設計的「雙管單袋方案」。鉆取到的樣品自動進入取芯軟袋，取芯軟袋的拉繩上提，經過封裝，軟袋就被放入了封裝裝置內。
完成了取樣、打包后，嫦娥五號接下來要做的是一件儀式感滿滿的事情：升國旗。
由于宇宙中存在很強的電磁輻射，而月球表面溫差也極大（最大溫差可達到 310 攝氏度），普通旗幟很可能會出現褪色、串色甚至分解的情況。
也就是說，環(huán)境決定了月面五星紅旗材質的特殊性。科研團隊經過大量的理論研究和實際試驗，發(fā)現單一纖維和紡織工藝都無法滿足環(huán)境要求。國旗展示系統(tǒng)技術負責人程昌表示：
在選材上花費的時間超過 1 年，挑選出了二三十種纖維材料，通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等試驗，最終選用了一種新型復合材料。
確定了旗面材質，還有一個問題——旗桿。旗桿不僅要能克服環(huán)境難題、保證可靠性，在重量上也要盡量輕。
而要在月球上展示國旗也并非易事。據科技日報報道：
系統(tǒng)立項初期，科研團隊設計了多種展示形式，比如記憶合金展示方案、伺服升旗方案、機構展示方案等通過卷軸形式展開國旗，以及以折扇形式展開國旗方案。高低溫試驗表明，只有卷軸形式展開的國旗比較平整，不會出現褶皺等情況。
經過科研團隊的努力，國旗展示系統(tǒng)成型，整個系統(tǒng)重量在 1 公斤以內，其中國旗重量僅 12g，國旗尺寸為 2000 毫米×900 毫米。
終于，五星紅旗在月球升起，這是繼嫦娥三號、四號任務后五星紅旗又一次展現在月表，也是五星紅旗的首次月表動態(tài)展示。
隨后又到了另一個重要環(huán)節(jié)：月面起飛。
這一次，著陸器扮演著上升器「臨時塔架」的角色，相比地面發(fā)射塔架自然不夠成熟；而上升器也面臨著不少挑戰(zhàn)，比如：起飛初始基準與起飛平臺姿態(tài)不確定、發(fā)動機羽流導流空間受限、地月環(huán)境差異。
12 月 3 日 23 時 10 分，上升器 3000N 發(fā)動機工作約 6 分鐘，在經歷了垂直上升、姿態(tài)調整和軌道射入后，攜帶樣品的上升器進入了預定環(huán)月軌道。
這是我國首次實現地外天體起飛，嫦娥五號在月面高難度的 48 小時工作也全部完成。
靜待嫦娥歸來
截至目前，嫦娥已告別月球，約 20 天后，其返回器將著陸于內蒙古四子王旗，最終完成使命。
隨后，嫦娥五號還要經歷交會對接與樣品轉移、環(huán)月等待、月地轉移、再入回收四個階段，面臨著種種考驗，其中可預見的三點最大的難題在于：
此前我國的空間自主交會對接工作都是在地球軌道上進行的，相比地球軌道，月球軌道附近的地面站、人造衛(wèi)星提供的服務資源少了很多，因此月軌對接是一大難題。
為防止月壤樣品在再入過程中受影響，嫦娥五號還將進行一次月軌樣品封裝。
由于月地間的距離遙遠，在返回地球時，火箭的溫度會隨著速度不斷上升，在進入地球大氣層時可能會因為溫度問題再入失敗。
當前，成功從月球上「挖土」回來的國家只有前蘇聯(lián)和美國，而上一次任務迄今已經過去了 44 年。
【阿波羅 15 號采集到的樣本】
為期 23 天、跨越近 80 萬公里的征程，是我國探月工程“繞-落-回”的最終章，也是航天事業(yè)的新跨越，中國人離載人登月和建立月球基地又近了一步。
靜待嫦娥回家。
引用來源：
http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/index.html
https://weibo.com/u/6528178851?refer_flag=1005055013_&is_all=1
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