一文了解我國探月工程“三步走”

今日凌晨1時59分，大部分人都已經(jīng)進入夢鄉(xiāng)，而在內(nèi)蒙古四子王旗著陸場，已經(jīng)離家23天的嫦娥五號，帶著月球“土特產(chǎn)”，悄悄著陸。

2020年11月24日凌晨4時30分，長征五號遙五運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場點火升空，將嫦娥五號探測器運送至地月轉(zhuǎn)移軌道。

嫦娥五號的發(fā)射，標志著我國月球探測第一階段已進入收官之戰(zhàn)。而今晨的順利著陸，宣告我國首次月球采樣返回任務(wù)圓滿完成。

嫦娥五號由軌道器、返回器、著陸器和上升器四大部分組成，重達8.2噸，可以說是我國探月史上最復(fù)雜、重量最大的探測器。

當嫦娥五號進入月球軌道后，著陸器與上升器與航天器分離，落在月球上，軌道求和返回器則繼續(xù)在月球軌道上飛行，等待后續(xù)任務(wù)。

四大部分各司其職：

著陸器負責月面著陸，以及在月球上的采樣封裝；

上升器負責從月球上起飛，與軌道器對接，將樣品交接給返回器；

軌道器負責繞月環(huán)行，等待著陸器與上升器完成它們的使命后，將攜帶樣品的返回器送回地球；

返回器接過這場接力賽的最后一棒，帶著樣品回家。

作為中國探月過程的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號被寄予厚望，要實現(xiàn)中國航天史上五個第一次：

第一次打包：在月球表面全自動挖2千克土打包帶回地球，使我國將成為繼美國、蘇聯(lián)之后第三個帶回月壤的國家。

第一次從地外天體起飛：采集土壤后，上升器要從月面起飛，與軌道上的航天器會和。

在地球上發(fā)射火箭有發(fā)射架，有科研人員精心計算好的時間角度，但月球上什么也沒有，航天器只能從臨時變身發(fā)射架的著陸器上起飛，還得自力更生，自己找好角度方位，保證能順利飛向月球軌道。

第一次太空之吻：上升器與軌道器和返回器組合體在月球軌道上成功交會對接，牽手成功。

第一次回家：從月球采樣并以接近每秒11公里的第二宇宙速度返回地球。

第一次親密接觸：我國第一次對自己采集的月壤樣品的存儲、分析和研究。

但是，每一個第一次背后，都隱藏著無數(shù)技術(shù)難題：

采樣的機械臂在月球的特殊環(huán)境下能否順利完成工作？

如何密封保存樣品才能使其不受污染？

如何保證38萬公里外月球軌道上的順利對接？

返回器地球著陸時怎么保證不過因為溫度過高導致再入失??？

探測器之間怎樣實現(xiàn)即時通信？……

很多問題，沒有先例，沒有答案，也沒有辦法參考國外的經(jīng)驗，我們的科學家只能摸著石頭過河，一點點克服這些技術(shù)問題，最終交出了嫦娥五號這份也許不算完美，但仍然稱得上優(yōu)秀的最終答卷。

我國在月球表面首次實現(xiàn)國旗的“獨立展示”

就比如這次嫦娥五號回家時，是以11.2km/s的第二宇宙速度從38萬公里外的月球飛回來。

物體與空氣或其他氣體作高速相對運動時所產(chǎn)生的摩擦力會轉(zhuǎn)化為熱力，所以我們看電影時從天而降的隕石往往是一個大火球。

如果不采取有效措施，嫦娥五號的返回艙等不到落地就燒成了灰。為此，我國使用了半彈道跳躍式再入大氣層的方法。

這個技術(shù)簡單來說，就像在太空中打水漂一樣，返回艙先以較高的第二宇宙速度進入大氣層，然后再借助大氣層提供的升力跳起來，跳到大氣層外。

然后再以較低的7.9 km/s的第一宇宙速度重新進入大氣層，最終落地。

被稱為未來海陸空殺手锏的高超音速飛行器也借鑒了類似的技術(shù)。

我國2018年首次試驗的“星空2號”高超音速飛行器，因為飛行航道較低，速度特別快，較難被防御衛(wèi)星和雷達檢測到。

在航天人的不懈努力下，我們一一克服了所有難題，才有了近日嫦娥五號返回艙的順利回歸。

曾經(jīng)，我們利用美國送給我們的0.5克月巖樣品，做了很多研究，發(fā)表了40多篇論文。如今，嫦娥五號的回歸，為我們帶回了屬于中國自己的2千克月壤。

這不僅是我國航天史上的里程碑，也為科學界的研究打開了一扇新的大門，為我們研究月球演化和行星起源提供了關(guān)鍵和寶貴的資料，也為探月工程的第二、三階段打下了良好的基礎(chǔ)。

我們之所以這么努力要去月球，是因為邁向星辰大海的第一站，就是月球。

從古至今人類都幻想著如何飛向月亮。在工業(yè)革命的推動，20世紀美蘇冷戰(zhàn)的大背景下，美國和蘇聯(lián)兩個超級大國展開了一場轟轟烈烈的“登月競賽”：

1959年9月，蘇聯(lián)發(fā)射的無人月球探測器月球2號，成為世界上第一個在月球表面硬著陸的航天器；

1967年1月，美國發(fā)射阿波羅1號，但因為意外起火使三名宇航員遇難；

1968年10月，美國發(fā)射的阿波羅8號完成了首次環(huán)月飛行；

1969年2月，蘇聯(lián)發(fā)射的首輛月球車在起飛52秒后爆炸；

1969年7月20日，美國發(fā)射阿波羅11號，宇航員尼爾·奧爾登·阿姆斯特朗成為第一個登上月球的人……

在美蘇兩國冷戰(zhàn)結(jié)束后，因為航空花費的高昂費用，探月活動逐漸降溫。

但20世紀90年代后，隨著科技的發(fā)展和國力的強大，許多國家又把目光投向了月球。

美國、俄羅斯等國家都制定了探月計劃，我們也制定了探月計劃，2004年正式開始實施月球探測“嫦娥工程”，用中國古代神話傳說中的月中神女嫦娥為其命名，宣告向月球進發(fā)。

整個探月工程分為“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球基地”三個階段。其中第一階段“無人月球探測”又分為“繞”、“落”、“回”三步走，預(yù)計將在2020年前后完成。

三步走計劃出爐后，我國就緊鑼密鼓地開始了準備工作，一步步向“無人月球探測”的目標逼近。

2007年10月24日18點03分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了我國第一顆繞月人造衛(wèi)星嫦娥一號，正式邁出了我國探月的第一步。

在之后一年的在軌運行中，嫦娥一號為我國科學家了解月球提供了許多珍貴資料，共傳回1.37TB有效科學探測數(shù)據(jù)。

從這些影像資料中，我們獲得了全月球影像圖，構(gòu)建了月球的三維立體模型圖。

之后我國又發(fā)射了第二顆繞人造月衛(wèi)星，嫦娥二號。

最初，嫦娥二號是作為嫦娥一號的備份衛(wèi)星發(fā)射，但隨著嫦娥一號的探測任務(wù)圓滿完成，嫦娥二號又轉(zhuǎn)變?yōu)殒隙鹑柕南葘l(wèi)星。

除了繞月任務(wù)之外，嫦娥二號還肩負了一些特殊任務(wù)：獲取更高分辨率的月球表面三維影像和元素分布圖，探測地月與近月空間環(huán)境，為日后嫦娥三號的月球軟著陸做好準備。

嫦娥三號的預(yù)選著陸區(qū)虹灣地區(qū)的高分辨率圖像，就是由嫦娥二號負責拍攝探測的。

在“繞”由嫦娥一號、二號完美完成后，2013年12月2日，為“落”而生的嫦娥三號由長征三號乙運載火箭送入太空，肩負著“測月、巡天、觀地”的重任。

在萬眾矚目之下，經(jīng)過2天的飛行，背負全國希望的嫦娥三號于14日成功在月球?qū)崿F(xiàn)軟著陸，成為我國首個實現(xiàn)地外天體軟著陸的探測器，它的成功也是我國航天發(fā)展史上的里程碑事件。

著陸后，嫦娥三號上的著陸器和玉兔號巡視器分離，然后，它們兩個就開始了激情互拍。能移動的玉兔號還圍繞著陸器行駛一周，從ABCED五個方位與著陸器互拍，留影為念。

拍完照片后，玉兔號揮別著陸器，獨自開始了它的科學探測之旅。

雖然月兔號個頭不大，走得也很慢，為了省電和對抗低溫，還得嚴格遵守“日出而作，日落而息”的良好作息標準，但它能做的事情可不少：

利用測月雷達對月球土壤的化學成分、結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)著陸區(qū)表面下至少分為9層結(jié)構(gòu)，證明發(fā)生過多次地質(zhì)活動；

在沒有大氣干擾的情況下觀測星系、恒星活動，觀測到23顆星象；

拍攝了大量影像資料，為研究月球的地質(zhì)地貌提供了一手資料；……

不幸的是，在短短的41天探月之旅后，2014年1月25日，玉兔號發(fā)生了機構(gòu)控制故障，雖然探測功能正常，卻無法移動。

對于故障原因，有科學家猜測是因為月塵比地球上的沙子細小，部分月塵進入月球車內(nèi)部造成短路，導致玉兔的移動系統(tǒng)發(fā)生故障。

也有科學家猜測，是玉兔號的設(shè)計出了問題，設(shè)計結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，導致出問題的幾率增大。

無論如何，無法移動的玉兔號永遠停留在N209點處。

雖然地球方面多次嘗試喚醒玉兔號，但都沒有成效。在苦苦堅持了兩年后，2016年7月31日，玉兔號徹底停止工作。

玉兔號停止工作后不久，月球就迎來了玉兔號的接任者——玉兔二號。

2018年12月8日凌晨，搭載著玉兔二號的嫦娥四號探測器由長征三號乙運載火箭搭載升空，在中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。

經(jīng)過26個日夜的飛行，在太空中過了個陽歷年的嫦娥四號，在2019年1月3日在月背著陸，成為世界上第一個在月球背面著陸的探測器。

之所以要去月背著陸，是因為在地球上我們永遠看不到月球的背面，人類也從未踏足過月背，那里古老而神秘，對我們而言始終是一個謎。

并且那里沒有地球大氣層的影響，也沒有來自地球的電磁波干擾，是開展天文觀測和研究的理想之地。

著陸后，玉兔二號與著陸器分離，開始了它的月背探秘之旅。

相比前輩玉兔號，玉兔二號上配置的科學載荷更加齊全，包括全景相機、測月雷達、紅外光譜儀、中性原子探測儀，用于月球地質(zhì)探測、宇宙天文科學等領(lǐng)域的科學研究。

我國科研人員根據(jù)玉兔二號的探測數(shù)據(jù)進行研究分析后，得出三個重大發(fā)現(xiàn)：

月球南極艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑下方存在著2100萬億噸的重金屬元素；

著陸區(qū)爆發(fā)過多次巖漿，說明月球也曾像現(xiàn)在的地球一樣存在著活躍的內(nèi)部活動，后來不知因何原因停止了；

在隕石坑中發(fā)現(xiàn)膠狀物，疑似是由高速流星撞擊月壤產(chǎn)生出的瞬間高溫融化所致。

除了月球車，嫦娥四號上還搭載一項由重慶大學牽頭研制的科普載荷——“月面微型生態(tài)圈”，搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物。

2019年1月15日，第一棵來自地球的植物在月球上發(fā)芽了，我們成為了第一個在月球種棉花種土豆的民族。

嫦娥四號的圓滿成功，標志著我們的探月工程進入了三步走的最后一步，“回”。

2020年11月24日凌晨4時30分，長征五號遙五運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場點火升空，運送嫦娥五號探測器至地月轉(zhuǎn)移軌道。

嫦娥五號的發(fā)射，是我國月球探測第一階段的“收官之戰(zhàn)”，它的成功標志著我國成為了繼美國、蘇聯(lián)之后第三個從月球運送樣本返回地球的國家。

中國探月工程的三步走的目標，逐步的都實現(xiàn)了，然而這并不是終點，而是一個全新的開始。

下一步，我們要將宇航員送到月球上去，還要在月球上建設(shè)基地。

未來，我們還可以開采月球資源，在月球建造火箭，從月球出發(fā)，去往更廣闊的星辰大海！
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