一文了解我國(guó)探月工程“三步走”

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

2020年11月24日凌晨4時(shí)30分，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，將嫦娥五號(hào)探測(cè)器運(yùn)送至地月轉(zhuǎn)移軌道。

嫦娥五號(hào)的發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)月球探測(cè)第一階段已進(jìn)入收官之戰(zhàn)。而今晨的順利著陸，宣告我國(guó)首次月球采樣返回任務(wù)圓滿完成。

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

當(dāng)嫦娥五號(hào)進(jìn)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(fù)責(zé)月面著陸，以及在月球上的采樣封裝；

上升器負(fù)責(zé)從月球上起飛，與軌道器對(duì)接，將樣品交接給返回器；

軌道器負(fù)責(zé)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(guò)這場(chǎng)接力賽的最后一棒，帶著樣品回家。

作為中國(guó)探月過(guò)程的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號(hào)被寄予厚望，要實(shí)現(xiàn)中國(guó)航天史上五個(gè)第一次：

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

在地球上發(fā)射火箭有發(fā)射架，有科研人員精心計(jì)算好的時(shí)間角度，但月球上什么也沒(méi)有，航天器只能從臨時(shí)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(huì)對(duì)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(guó)第一次對(duì)自己采集的月壤樣品的存儲(chǔ)、分析和研究。

但是，每一個(gè)第一次背后，都隱藏著無(wú)數(shù)技術(shù)難題：

采樣的機(jī)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(wàn)公里外月球軌道上的順利對(duì)接？

返回器地球著陸時(shí)怎么保證不過(guò)因?yàn)闇囟冗^(guò)高導(dǎo)致再入失敗？

探測(cè)器之間怎樣實(shí)現(xiàn)即時(shí)通信？……

很多問(wèn)題，沒(méi)有先例，沒(méi)有答案，也沒(méi)有辦法參考國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，我們的科學(xué)家只能摸著石頭過(guò)河，一點(diǎn)點(diǎn)克服這些技術(shù)問(wèn)題，最終交出了嫦娥五號(hào)這份也許不算完美，但仍然稱(chēng)得上優(yōu)秀的最終答卷。

我國(guó)在月球表面首次實(shí)現(xiàn)國(guó)旗的“獨(dú)立展示”

就比如這次嫦娥五號(hào)回家時(shí)，是以11.2km/s的第二宇宙速度從38萬(wàn)公里外的月球飛回來(lái)。

物體與空氣或其他氣體作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)轉(zhuǎn)化為熱力，所以我們看電影時(shí)從天而降的隕石往往是一個(gè)大火球。

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

這個(gè)技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(jìn)入大氣層，然后再借助大氣層提供的升力跳起來(lái)，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(jìn)入大氣層，最終落地。

被稱(chēng)為未來(lái)海陸空殺手锏的高超音速飛行器也借鑒了類(lèi)似的技術(shù)。

我國(guó)2018年首次試驗(yàn)的“星空2號(hào)”高超音速飛行器，因?yàn)轱w行航道較低，速度特別快，較難被防御衛(wèi)星和雷達(dá)檢測(cè)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(hào)返回艙的順利回歸。

曾經(jīng)，我們利用美國(guó)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(hào)的回歸，為我們帶回了屬于中國(guó)自己的2千克月壤。

這不僅是我國(guó)航天史上的里程碑，也為科學(xué)界的研究打開(kāi)了一扇新的大門(mén)，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?yàn)檫~向星辰大海的第一站，就是月球。

從古至今人類(lèi)都幻想著如何飛向月亮。在工業(yè)革命的推動(dòng)，20世紀(jì)美蘇冷戰(zhàn)的大背景下，美國(guó)和蘇聯(lián)兩個(gè)超級(jí)大國(guó)展開(kāi)了一場(chǎng)轟轟烈烈的“登月競(jìng)賽”：

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

1967年1月，美國(guó)發(fā)射阿波羅1號(hào)，但因?yàn)橐馔馄鸹鹗谷詈絾T遇難；

1968年10月，美國(guó)發(fā)射的阿波羅8號(hào)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(chē)在起飛52秒后爆炸；

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

在美蘇兩國(guó)冷戰(zhàn)結(jié)束后，因?yàn)楹娇栈ㄙM(fèi)的高昂費(fèi)用，探月活動(dòng)逐漸降溫。

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

美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家都制定了探月計(jì)劃，我們也制定了探月計(jì)劃，2004年正式開(kāi)始實(shí)施月球探測(cè)“嫦娥工程”，用中國(guó)古代神話傳說(shuō)中的月中神女嫦娥為其命名，宣告向月球進(jìn)發(fā)。

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

三步走計(jì)劃出爐后，我國(guó)就緊鑼密鼓地開(kāi)始了準(zhǔn)備工作，一步步向“無(wú)人月球探測(cè)”的目標(biāo)逼近。

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

在之后一年的在軌運(yùn)行中，嫦娥一號(hào)為我國(guó)科學(xué)家了解月球提供了許多珍貴資料，共傳回1.37TB有效科學(xué)探測(cè)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(guó)又發(fā)射了第二顆繞人造月衛(wèi)星，嫦娥二號(hào)。

最初，嫦娥二號(hào)是作為嫦娥一號(hào)的備份衛(wèi)星發(fā)射，但隨著嫦娥一號(hào)的探測(cè)任務(wù)圓滿完成，嫦娥二號(hào)又轉(zhuǎn)變?yōu)殒隙鹑?hào)的先導(dǎo)衛(wèi)星。

除了繞月任務(wù)之外，嫦娥二號(hào)還肩負(fù)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(cè)地月與近月空間環(huán)境，為日后嫦娥三號(hào)的月球軟著陸做好準(zhǔn)備。

嫦娥三號(hào)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(hào)負(fù)責(zé)拍攝探測(cè)的。

在“繞”由嫦娥一號(hào)、二號(hào)完美完成后，2013年12月2日，為“落”而生的嫦娥三號(hào)由長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭送入太空，肩負(fù)著“測(cè)月、巡天、觀地”的重任。

在萬(wàn)眾矚目之下，經(jīng)過(guò)2天的飛行，背負(fù)全國(guó)希望的嫦娥三號(hào)于14日成功在月球?qū)崿F(xiàn)軟著陸，成為我國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)地外天體軟著陸的探測(cè)器，它的成功也是我國(guó)航天發(fā)展史上的里程碑事件。

著陸后，嫦娥三號(hào)上的著陸器和玉兔號(hào)巡視器分離，然后，它們兩個(gè)就開(kāi)始了激情互拍。能移動(dòng)的玉兔號(hào)還圍繞著陸器行駛一周，從ABCED五個(gè)方位與著陸器互拍，留影為念。

拍完照片后，玉兔號(hào)揮別著陸器，獨(dú)自開(kāi)始了它的科學(xué)探測(cè)之旅。

雖然月兔號(hào)個(gè)頭不大，走得也很慢，為了省電和對(duì)抗低溫，還得嚴(yán)格遵守“日出而作，日落而息”的良好作息標(biāo)準(zhǔn)，但它能做的事情可不少：

利用測(cè)月雷達(dá)對(duì)月球土壤的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guò)多次地質(zhì)活動(dòng)；

在沒(méi)有大氣干擾的情況下觀測(cè)星系、恒星活動(dòng)，觀測(cè)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(hào)發(fā)生了機(jī)構(gòu)控制故障，雖然探測(cè)功能正常，卻無(wú)法移動(dòng)。

對(duì)于故障原因，有科學(xué)家猜測(cè)是因?yàn)樵聣m比地球上的沙子細(xì)小，部分月塵進(jìn)入月球車(chē)內(nèi)部造成短路，導(dǎo)致玉兔的移動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障。

也有科學(xué)家猜測(cè)，是玉兔號(hào)的設(shè)計(jì)出了問(wèn)題，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致出問(wèn)題的幾率增大。

無(wú)論如何，無(wú)法移動(dòng)的玉兔號(hào)永遠(yuǎn)停留在N209點(diǎn)處。

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

玉兔號(hào)停止工作后不久，月球就迎來(lái)了玉兔號(hào)的接任者——玉兔二號(hào)。

2018年12月8日凌晨，搭載著玉兔二號(hào)的嫦娥四號(hào)探測(cè)器由長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭搭載升空，在中國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。

經(jīng)過(guò)26個(gè)日夜的飛行，在太空中過(guò)了個(gè)陽(yáng)歷年的嫦娥四號(hào)，在2019年1月3日在月背著陸，成為世界上第一個(gè)在月球背面著陸的探測(cè)器。

之所以要去月背著陸，是因?yàn)樵诘厍蛏衔覀冇肋h(yuǎn)看不到月球的背面，人類(lèi)也從未踏足過(guò)月背，那里古老而神秘，對(duì)我們而言始終是一個(gè)謎。

并且那里沒(méi)有地球大氣層的影響，也沒(méi)有來(lái)自地球的電磁波干擾，是開(kāi)展天文觀測(cè)和研究的理想之地。

著陸后，玉兔二號(hào)與著陸器分離，開(kāi)始了它的月背探秘之旅。

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

我國(guó)科研人員根據(jù)玉兔二號(hào)的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析后，得出三個(gè)重大發(fā)現(xiàn)：

月球南極艾特肯盆地馮·卡門(mén)撞擊坑下方存在著2100萬(wàn)億噸的重金屬元素；

著陸區(qū)爆發(fā)過(guò)多次巖漿，說(shuō)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(dòng)，后來(lái)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(chē)，嫦娥四號(hào)上還搭載一項(xiàng)由重慶大學(xué)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(lái)自地球的植物在月球上發(fā)芽了，我們成為了第一個(gè)在月球種棉花種土豆的民族。

嫦娥四號(hào)的圓滿成功，標(biāo)志著我們的探月工程進(jìn)入了三步走的最后一步，“回”。

2020年11月24日凌晨4時(shí)30分，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，運(yùn)送嫦娥五號(hào)探測(cè)器至地月轉(zhuǎn)移軌道。

嫦娥五號(hào)的發(fā)射，是我國(guó)月球探測(cè)第一階段的“收官之戰(zhàn)”，它的成功標(biāo)志著我國(guó)成為了繼美國(guó)、蘇聯(lián)之后第三個(gè)從月球運(yùn)送樣本返回地球的國(guó)家。

中國(guó)探月工程的三步走的目標(biāo)，逐步的都實(shí)現(xiàn)了，然而這并不是終點(diǎn)，而是一個(gè)全新的開(kāi)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(lái)，我們還可以開(kāi)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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