11月24日4时30分“嫦娥五号”月球探测器在海南文昌航天发射中心由长征五号遥五运载火箭发射升空,秒后成功进入地月转移轨道,这是中国第六次月球探测任务,也是年苏联“月球24号”之后首次由月面抓取土壤返回地球,两次任务相隔44年。由于涉及到落月、采集月壤以及返回等任务过程,所以这次月球探测也将成为中国航天史上最为复杂的航天任务,中国航天几乎所有的先进技术都将得到使用。
中国探月任务始于年,在这16年当中中国以“三步走”的形式进行了六次探月任务。
第一步“绕”为年10月和年10月发射的“嫦娥一号”和“嫦娥二号”为月球环绕器,即在月球轨道绕月飞行对月表实施探测。
第二步“落”为年12月和年12月发射的“嫦娥三号”和“嫦娥四号”,其中“嫦娥三号”软着陆于月表并释放“玉兔”号月球巡视器;“嫦娥四号”和“嫦娥三号”类似,携带“玉兔二号”巡视器,不过“嫦娥四号”是世界上第一个在月球背面着陆的探测器,对月球进行了更加深入的科学研究。“嫦娥三号”和“嫦娥四号”之间的年10月单独发射了名为“嫦娥五号再入返回飞行试验器”,对探月工程三期的绕月高速返回地球技术的实践验证。
第三步“回”的第一阶段也就是此次发射的“嫦娥五号”,即探测器软着陆后收集月球土壤和岩石并返回地球,同时为下一阶段载人登月打下基础。如果任务圆满完成,中国将成为世界上继美国和苏联之后第三个成功由月球取回土壤样本带回地球的国家。
关于“嫦娥五号”的技术问题我们要从以前的返回式月球探测器说起,在此之前人类共有9次成功由月球表面携带土壤和岩石样本回地球,分别是美国“阿波罗11、12、14、15、16、17”号6次载人登月任务和苏联“月球16、20、24”号3次无人月球探测任务。其中6次“阿波罗”载人登月共带回千克标本,而苏联3次无人探测任务共取回克,任务数量差1倍但取回样品却相差超过倍。至于其中的原因很简单,由于苏联并没有掌握月球轨道无人对接技术,所以没有办法将返回舱先甩在月球轨道上再重新对接,只能由探测器一直“背着”这个返回舱,而这里面还要额外增加很多返回地球所需的燃料,这样只能降低月球土壤标本的携带量,不然返不回地球。可能在地面上我们觉得一千克两千克都是微不足道,但在航天任务中1克的增重都带来很多其他的问题。所以苏联三次任务的探测器脱离月球表面后都只能直接返回地球且载荷很少。至于美国“阿波罗”登月就不存在无人对接的问题了,因为有宇航员直接操作对接,这样把返回舱先留在月球轨道,这样探测器就可以腾出空间和重量携带更多的样本,上升到月球轨道上与返回舱再对接再返回地球即可。一个小小的对接问题就导致了美国和苏联在月球标本携带量上出现这么大的差异。
中国的“嫦娥五号”难道还会像苏联那样吗?不,中国已经掌握了无人空间对接技术,也就是说可以像“阿波罗”那样先把返回舱留在月球轨道上,只有探测器降落到月球表面,返回时探测器离开月表先和返回舱对接,再返回地球。这样就大大增加了探测器本身携带样品的重量,达到2千克,是苏联三次任务携带总量的6倍还要多。
整个“嫦娥五号”的任务操作大致分为两次发射(地面发射与月面发射),两次着陆(月面着陆与地球着陆),两次封装(月面封装与月轨封装),一次交会对接(月轨对接),是中国航天史上任务过程最繁杂的一个航天器。所以“嫦娥五号”的结构相比于前4个探测器都要复杂,大致包括上升器、着陆器、返回器和轨道器。由于苏联没有月球轨道对接过程,而美国“阿波罗”飞船都是月球轨道纯手动对接,所以如果此次任务成功,“嫦娥五号”将成为世界航天史上首个在月球轨道实现自主对接的飞行器。
关于这次发射,由于整个“嫦娥五号”的重量超过8吨,只能由运载能力更强大的长征五号运载火箭来执行发射任务。长征五号的TLI地月转移轨道运载能力8.2吨,所以这次长征五号也是满载发射,上次执行“天问一号”发射任务也是TMI火星转移轨道5吨满载发射。所以这几次发射对长征五号的可靠性考验都是非常大的,一点载重的冗沉都没有。虽然长征五号在两次发射经历了一些不好的事情,但是经过这几年的技术沉积也是恢复了本应属于他的荣耀,今年先后将新一代载人飞船和火星探测器成功送入太空。
可能很多朋友抱怨为啥大半夜发射,都看不了直播。其实发射时间并不是人为想几点就几点,而是要综合考虑。最为重要的就是发射轨道问题,相比于普通绕地球卫星,月球探测器的发射约束条件更多,比如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,综合得出最佳发射时间,这才出现了凌晨发射的问题。另外,夜间受到太阳影响较小以及观测方便也是夜间发射的优点。
时隔44年,人类再次从月球取样本返回地球,这对中国航天来说也有划时代的意义。这次发射的任务过程几乎和载人登月是一致的,所以也被认为是为将来的载人登月进行预演和技术验证。