中國焦點(diǎn)面對面：“嫦五”探月有何難？月球“挖土”有何用？

　　(中國焦點(diǎn)面對面)“嫦五”探月有何難？月球“挖土”有何用？

　　中新社北京11月24日電 題：“嫦五”探月有何難？月球“挖土”有何用？

　　——專訪中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號探測器總體副主任設(shè)計(jì)師李青

　　作者 張素 郭超凱

　　11月24日4時(shí)30分，長征五號遙五運(yùn)載火箭成功發(fā)射探月工程嫦娥五號探測器，順利將探測器送入預(yù)定軌道，開啟中國首次地外天體采樣返回之旅。

　　這是中國探月工程“繞、落、回”三步走中的收官之戰(zhàn)，更是中國航天領(lǐng)域迄今為止最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一?！版衔濉碧皆掠泻坞y？月球“挖土”有何用？24日，中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號探測器總體副主任設(shè)計(jì)師李青接受中新社“中國焦點(diǎn)面對面”專訪，進(jìn)行權(quán)威解讀。

　　訪談實(shí)錄摘編如下：

　　中新社記者：為什么這次發(fā)射窗口時(shí)間會選在凌晨，最佳發(fā)射時(shí)間要滿足什么條件？

　　李青：最佳發(fā)射時(shí)間取決于任務(wù)設(shè)計(jì)。嫦娥五號探測器最主要的任務(wù)是完成月面采樣。要保證采樣過程中具有最佳測控狀態(tài)，我們希望在地球的深夜、月球的白晝?nèi)ネ瓿伞＿@個(gè)時(shí)候也相當(dāng)于我們所說的滿月狀態(tài)，滿月時(shí)對月球具有最佳的觀測條件，也具有最佳的測控條件，受到這些條件約束，我們經(jīng)過軌道計(jì)算反衍出最佳發(fā)射時(shí)間是在凌晨4時(shí)30分左右。

　　中新社記者：從嫦娥一號到嫦娥五號，請您帶我們回顧一下中國的探月歷程。

　　李青：中國探月工程按照“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略，目前已成功執(zhí)行五次任務(wù)。

　　嫦娥一號于2007年10月在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，在完成預(yù)定的環(huán)繞探測任務(wù)后，于2009年3月成功受控撞月。

　　嫦娥二號作為二期工程的先導(dǎo)任務(wù)，于2010年10月成功發(fā)射，在對嫦娥三號準(zhǔn)備著陸的虹灣地區(qū)進(jìn)行高分辨率成像之后，于2011年4月開始拓展任務(wù)，完成進(jìn)入日地拉格朗日L2點(diǎn)環(huán)繞軌道的技術(shù)試驗(yàn)，隨后飛越圖塔蒂斯小行星并傳回照片，目前已成為中國飛離地球最遠(yuǎn)的探測器，也開啟了中國多目標(biāo)深空探測的先河。

　　嫦娥三號探測器由著陸器和巡視器組成，于2013年12月成功發(fā)射并安全著陸于月球正面虹灣地區(qū)，著陸后巡視器與著陸器分離，分別完成了預(yù)定的月面探測任務(wù)。

　　嫦娥五號飛行試驗(yàn)器主要用于驗(yàn)證半彈道跳躍式再入返回技術(shù)，于2014年10月成功發(fā)射，在經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、月球近旁轉(zhuǎn)向、月地轉(zhuǎn)移之后，返回器與服務(wù)艙分離并進(jìn)行再入返回，最后成功著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域。

　　嫦娥四號在嫦娥三號的基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，選擇月球背面開展著陸和巡視探測任務(wù)，并發(fā)射中繼星“鵲橋”以解決通信問題，已于2019年1月成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地，成為世界首個(gè)在月球背面實(shí)現(xiàn)軟著陸巡視探測的航天器，目前仍在正常工作。

　　這次(執(zhí)行任務(wù))的嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、著陸器和上升器組成。根據(jù)最新消息已于今天凌晨4點(diǎn)30分左右由長征五號遙五運(yùn)載火箭發(fā)射，目前已成功進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道。

　　中新社記者：您是否可以為我們詳細(xì)介紹一下嫦娥五號這次的任務(wù)？

　　李青：中國嫦娥五號探測器的目標(biāo)任務(wù)是：實(shí)現(xiàn)月面自動采樣返回，采集約2千克月球樣品返回，開展月球樣品地面分析研究。

　　整個(gè)任務(wù)飛行過程分為11個(gè)階段，總飛行時(shí)間約23天。

　　第一個(gè)階段是發(fā)射入軌段。探測器由長征五號運(yùn)載火箭發(fā)射升空，器箭分離后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道。這個(gè)階段在今天已經(jīng)完成了。

　　第二個(gè)階段是地月轉(zhuǎn)移段。探測器沿地月轉(zhuǎn)移軌道飛行約5天，到達(dá)軌道高度約為200公里的近月點(diǎn)附近，期間將經(jīng)歷1至3次中途修正。

　　第三個(gè)階段是近月制動段，(即)“剎車”。探測器在近月點(diǎn)附近，實(shí)施一次近月制動，進(jìn)入近月點(diǎn)高度200公里的環(huán)月橢圓軌道；在環(huán)月橢圓軌道運(yùn)行三圈后，實(shí)施第二次近月制動，進(jìn)入平均高度200公里的環(huán)月圓軌道。近月制動過程飛行時(shí)間約1天。

　　第四個(gè)階段是環(huán)月飛行段。探測器在環(huán)月圓軌道飛行約4圈后，著陸上升組合體與軌返組合體實(shí)現(xiàn)分離，軌返組合體繼續(xù)環(huán)月飛行，著陸上升組合體在環(huán)月軌道上運(yùn)行約12圈后，實(shí)施兩次降軌變軌，進(jìn)入近月點(diǎn)約15公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)約200公里的橢圓軌道。

　　第五個(gè)階段是著陸下降段。著陸上升組合體在環(huán)月橢圓軌道上繼續(xù)運(yùn)行約10圈后，擇機(jī)實(shí)施著陸下降，在月面預(yù)定區(qū)域進(jìn)行軟著陸，著陸下降過程約15分鐘。

　　第六個(gè)階段是月面工作段。著陸上升組合體著陸后，采用鉆取和表取兩種采樣方式，完成月壤的采樣和封裝；同時(shí)，有效載荷開展就位探測；采樣結(jié)束后，對上升器進(jìn)行月面定位，完成上升器起飛狀態(tài)準(zhǔn)備。月面工作時(shí)間約2天。

　　第七個(gè)階段是月面上升段。月面工作完成后，上升器以著陸器為平臺起飛，經(jīng)過垂直上升、姿態(tài)調(diào)整、軌道入射，進(jìn)入近月點(diǎn)15公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)180公里的上升目標(biāo)軌道，飛行時(shí)間約6分鐘。

　　第八個(gè)階段是交會對接與樣品轉(zhuǎn)移段。上升器進(jìn)入目標(biāo)軌道后，通過實(shí)施四次軌道機(jī)動，最終導(dǎo)引至高度為210公里的環(huán)月圓軌道上。上升器遠(yuǎn)程導(dǎo)引時(shí)間約2天。當(dāng)上升器位于軌返組合體前方50公里左右、上方10公里左右的位置時(shí)，開始進(jìn)入近程自主控制段。軌返組合體為主動飛行器，上升器為目標(biāo)飛行器，建立對接停靠所需的初始條件，開始對接。軌道器對接機(jī)構(gòu)捕獲鎖定上升器后，樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)開始動作，將上升器中的樣品容器轉(zhuǎn)移至返回器內(nèi)部，完成樣品轉(zhuǎn)移操作；之后軌返組合體擇機(jī)與上升器及對接艙分離。

　　第九個(gè)階段是環(huán)月等待段。軌返組合體在環(huán)月軌道上停留5至7天，等待月地轉(zhuǎn)移窗口。

　　第十個(gè)階段是月地轉(zhuǎn)移段。軌返組合體在月地轉(zhuǎn)移窗口到達(dá)后，通過實(shí)施兩次軌道機(jī)動，進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道。月地轉(zhuǎn)移飛行時(shí)間約4至5天，期間通過實(shí)施1至3次中途修正，以滿足返回器再入點(diǎn)參數(shù)的要求。

　　第十一個(gè)階段是再入回收段。當(dāng)軌返組合體距離地球表面高度約為5000公里時(shí)，軌道器與返回器解鎖分離。分離后軌道器進(jìn)行規(guī)避機(jī)動，返回器以半彈道跳躍式再入方式返回地球，并在10公里高度開傘，最終落至內(nèi)蒙古四子王旗著陸場。

　　中新社記者：通俗來說這次任務(wù)是“抓一把土返回地球”。“這一把土”是什么樣的“土”？為何選擇帶回這樣的樣本？將對今后科研工作有何幫助？

　　李青：嫦娥五號探測器設(shè)計(jì)了兩種采樣方式，分別是鉆取采樣和表取采樣。鉆取采樣是用一個(gè)約2米(長)的鉆桿鉆入月表內(nèi)部，采集兩米深度、約0.5千克的樣品。表取采樣是用機(jī)械臂進(jìn)行多點(diǎn)采樣，采樣區(qū)域包括平地，撞擊坑、凸起、小石塊都可以作為采樣樣品，這些樣品的分布不同，具有不同地質(zhì)特點(diǎn)，也有不同演化歷史，可以大幅提高科研價(jià)值。鉆取采樣和表取采樣后分別進(jìn)行封裝，再對樣品容器進(jìn)行密封，以保證樣本在返回過程中不受到外界環(huán)境的污染。

　　中新社記者：這次任務(wù)被稱為迄今為止航天領(lǐng)域最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一，您如何定義“最復(fù)雜、難度最大”？任務(wù)難點(diǎn)究竟在哪？

　　李青：嫦娥五號探測器任務(wù)技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在軌道設(shè)計(jì)、月面采樣封裝、月面起飛上升、月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移等方面。

　　首先是月球軌道設(shè)計(jì)復(fù)雜。因?yàn)殒隙鹞逄柼綔y器的飛行階段多，各個(gè)階段軌道方案耦合緊密，涉及測控、運(yùn)載和著陸場的多種限制，約束條件多，飛行過程還涉及月面起飛、軌道交會對接、月地軌道等新的飛行階段，在以前“繞”和“落”任務(wù)中是沒有涉及的。飛行過程復(fù)雜，軌道設(shè)計(jì)難度較大，在標(biāo)稱軌道設(shè)計(jì)方案上還需要考慮推進(jìn)劑資源受限的情況下制訂各種預(yù)案，對軌道設(shè)計(jì)也是全新的挑戰(zhàn)。

　　第二是月面采樣封裝技術(shù)，這是全新的技術(shù)，也是嫦娥五號月球無人采樣返回任務(wù)的核心環(huán)節(jié)之一。該任務(wù)采用鉆取和表取結(jié)合，多點(diǎn)采樣方式，采樣裝置是全新研制，技術(shù)新、難度大，需要考慮飛行任務(wù)及探測器的測控、光照條件、電源、熱控等各種約束，采樣期間面臨月面持續(xù)高溫的工作環(huán)境，同時(shí)采樣任務(wù)時(shí)序緊張、機(jī)構(gòu)動作多、不確定因素多。

　　第三是月面起飛上升驗(yàn)證比較難。由上升器、著陸器和月面構(gòu)成的月面起飛系統(tǒng)，其初始狀態(tài)源自著陸上升組合體著陸月面的場坪條件、著陸的姿態(tài)及方位等條件，月面起飛初始條件無法像運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈一樣在地面由地面人員完成測調(diào)和確認(rèn)，必須依靠自主定位定姿方式確定起飛的初始狀態(tài)。面對傾斜發(fā)射的情況，需要明確起飛穩(wěn)定性的各種因素及其耦合的影響，依靠精確的定姿能力完成空中對準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)精確入軌。與常規(guī)的航天器面臨的羽流環(huán)境不同，上升器發(fā)動機(jī)在受限空間中點(diǎn)火是有非常復(fù)雜的羽流力熱效應(yīng)，需要通過大量的地面仿真和試驗(yàn)去進(jìn)行驗(yàn)證。

　　第四是月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移自主要求高。與近地軌道交會對接不同，嫦娥五號月球軌道交會對接沒有衛(wèi)星導(dǎo)航信號的支持，對接與樣品轉(zhuǎn)移過程的自主要求很高。同時(shí)在月球交會對接過程中，地面測控支持能力受到限制，受到對接機(jī)構(gòu)大小的限制，對接精度要求較高。嫦娥五號探測器對接與樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)在保證對接精度的同時(shí)還必須滿足樣品轉(zhuǎn)移的相關(guān)要求。對接機(jī)構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)，也是該技術(shù)研究中的難點(diǎn)。

　　中新社記者：“繞、落、回”中“回”是關(guān)鍵一步，請問我們希望達(dá)到什么科學(xué)目標(biāo)？

　　李青：作為中國探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號任務(wù)意義重大、影響深遠(yuǎn)、舉世矚目。三步走目標(biāo)中“繞”是完成了中國首次月球環(huán)繞探測任務(wù)，“落”是完成了中國首次月球軟著陸和巡視探測任務(wù)。最后“回”的關(guān)鍵一步將實(shí)現(xiàn)中國首次月球無人采樣返回任務(wù)，包括多個(gè)首次：首次月面自動采樣與封裝、首次月面起飛上升、首次月球軌道交會對接、首次帶月壤高速(再入)返回地球、首次自取月球樣品的存儲、分析和研究。

　　嫦娥五號任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)主要是開展著陸點(diǎn)區(qū)域形貌探測和地質(zhì)背景勘察，獲取與月球樣品相關(guān)的現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)，建立現(xiàn)場探測數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；對月球樣品進(jìn)行系統(tǒng)、長期的實(shí)驗(yàn)室研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，深化月球成因和演化歷史的研究。

　　中新社記者：您說到多個(gè)首次，也提到“繞、落、回”三步走具有深遠(yuǎn)影響。這在幫助我們認(rèn)識月球的問題上會有重大突破嗎？

　　李青：完成探月三步走標(biāo)志著中國掌握了全面的月球無人探測技術(shù)。通過探月工程的研究成果，大幅提高了中國科學(xué)家對月球地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造、物質(zhì)成分、月壤特性、月面環(huán)境等的全球性、整體性與綜合性的認(rèn)識，使中國掌握了第一手的月球探測數(shù)據(jù)，為后續(xù)的月球探測工程和月球科研站選址與建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。

　　中新社記者：探月工程中還有一個(gè)“網(wǎng)紅”是玉兔二號月球車，據(jù)了解它已完成自主喚醒并開始新一輪月晝工作期。能否介紹玉兔二號與嫦娥五號有什么不同？

　　李青：“玉兔”月球車實(shí)際上指的是“嫦娥”著陸器所攜帶的巡視器?！坝裢靡惶枴痹虑蜍囀擎隙鹑柼綔y器的巡視器，“玉兔二號”月球車是嫦娥四號探測器的巡視器，因此它們都是嫦娥探測器的一部分。

　　“嫦娥”著陸器除了保證整個(gè)探測器安全著陸以外，還具備原位探測功能，通過長時(shí)間的原位探測可以獲取著陸區(qū)附近比較詳細(xì)的探測數(shù)據(jù)以及時(shí)間歷程。而“玉兔”月球車具有移動裝置，主要用于巡視探測，可以大幅擴(kuò)展月面探測的范圍。這兩種探測方式相互補(bǔ)充、相互結(jié)合，有利于提高探測的效率。

　　中新社記者：依托我們所拿到的月球科研數(shù)據(jù)，您認(rèn)為是否可以像現(xiàn)代科幻片里那樣建立我們的月球家園？

　　李青：嫦娥奔月的神話傳說寄托了中國古人對月球的美好幻想。根據(jù)目前月球探測歷程所取得的成果和未來的月球探測計(jì)劃，建立月球家園——也就是建立支持長期人員生存的綜合型月球科研站，或者叫月球村——實(shí)際上已經(jīng)被提上計(jì)劃日程，從技術(shù)上講雖然還有很多關(guān)鍵技術(shù)有待去突破，但是應(yīng)該已經(jīng)沒有太多科幻成分。這也是人類航天事業(yè)發(fā)展的大勢所趨。

　　但我要強(qiáng)調(diào)的是，一以貫之，久久為功。在政策的持續(xù)支持下，在長期和平的國內(nèi)和國際環(huán)境下，在長期良好的國際合作氛圍下，更在所有航天工作者不懈的努力下，這一天才有望早日到來。(完)