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已缔造和将实现5个“中国首次”!嫦娥五号,等你回来

admin2020-12-0826

  回家:重返地球的科技之路

  解放军报记者 张新

  特约记者 张未 宋星光

  离别10多天,嫦娥五号踏上了回家之旅!

  嫦娥“游子”归心似箭,祖国母亲期许满满。38万公里漫漫回家路,嫦娥五号每走一步,都让国人无限悬念。

  月光照亮了“嫦娥”回家的路,也照亮了中国探月梦想的天梯。

  国家航天局探月与航天工程中央副主任、嫦娥五号义务新闻发言人裴照宇先容说,此次嫦娥五号探月返回义务,已缔造和将实现5个“中国首次”:一是地外天体的采样与封装,二是地外天体的腾飞,三是月球轨道交会对接,四是携带样品高速地球再入,五是样品的存储、剖析和研究。

  若是一切顺遂,嫦娥五号将把约2000克的月壤样品“打包”带回地球。

  不要小看这个数字,约2000克的目的决议了中国探月的分量,折射出一个国家航天实力的高度。

  “嫦娥”探月的背后,是一项项手艺难点的集智突破、一项项创新功效的破壳而生。这些科技功效架起了通往月球的天梯,让中国人走出了一条属于自己的探月之路。

  随着嫦娥五号探月义务进入尾声,中国探月工程“三步走”战略目的即将完成,中国人探索太空的脚步会迈得更大、更远。

  挑战一

  月面腾飞

  “摘片月亮”难度大,捎上“特产”要平稳

  在顺遂完成月球采样后,嫦娥五号上升器月面焚烧,轻盈地奔向守候它的太空“母港”——嫦娥五号轨道器和返回器组合体。

  自此,嫦娥五号正式踏上回家之旅。

  从月球出发,把约2000克月壤样品“打包”带回,是这次探月的焦点义务。约2000克月壤样品,是月球送给我们的一份珍贵礼物。

  回家之路,遥遥38万公里,每一步都充满风险与挑战。

  嫦娥五号上升器跨出的第一步——从月面焚烧腾飞,就是一个高难度科目,这是嫦娥五号的亮点,也是义务的难点。

  若航行器在地球上发射,有专门的发射塔架,焚烧腾飞位置经由正确测算,航行轨道也是一遍遍计算好的。而月面腾飞就不一样了——没有成熟完整的发射塔架,上升器只能站在着陆器身上发射。

  嫦娥五号上升器从月面腾飞,不确定性异常大,可视为一次从月球发射航天器的无人试验。能否乐成腾飞关系到后面交会对接能否顺遂实现,这一环节是交会对接的起点,需要上升器正确瞄准交会对接的轨道器和返回器组合体。

  正如嫦娥五号探测器系统副总设计师彭兢所言:“这个位置可能会存在一定的误差,不像在地球外面可以正确到米,在月球上现在的指标可能就是百米量级,这些误差都市影响到入轨的精度。”

  经由一系列手艺攻关,嫦娥五号科研团队开展了一系列试验验证,建立了一整套环环相扣的系统,实现了嫦娥五号上升器腾飞时自主定位、定姿,护送上升器脱离月球。

  所幸,中国航天人支出的一切起劲,换来了嫦娥五号上升器的顺遂飞天。

  挑战二

  交会对接

  “太空邮差”来协助,空中接力送“快递”

  从月面腾飞后,嫦娥五号上升器便飞到月球轨道上。但仅凭一己之力将月壤样品送回地球,非其力所能及。它需要在月球轨道上与轨道器和返回器组合体交会对接,把样品交给返回器,让它完成接下来的旅程。

  20世纪70年代,苏联乐成实行了3次无人月球采样义务,先后发射“月球16号”“月球20号”和“月球24号”探测器,从月球共带回300多克月壤样品。那时,苏联接纳了探测器从月面腾飞直接返回地球的方案,这种方案导致探测器需要携带大量燃料,而携带样品的能力却极为有限。

  经由几十年的实践探索,我国在载人航天领域已经熟练掌握了近地轨道交会对接手艺。但在38万公里外的月球轨道上举行无人交会对接,照样人类探月史上的第一次。

  此前,嫦娥五号上升器与轨道器和返回器组合体乐成上演“月宫之吻”,完成月壤样品的“收件”事情。两个航天器在月球轨道举行无人交会对接,“针尖”对“针尖”,对接相当精准,堪称中国探月的“神来之笔”。

  看似“神来之笔”,背后的手艺却异常庞大、难度系数异常高,稍有不慎就会让轨道器这个“太空邮差”白跑一趟。

  已往,天宫一号目的航行器接纳的是“异体同构周边”式对接机构。然而,嫦娥五号上升器与轨道器和返回器组合体的重量相差较大,若是套用已往的“老模式”,一旦控制欠好速率和相互位置,上升器很可能被“撞飞”。这一次,嫦娥五号月球轨道交会对接接纳了抱爪式对接机构。

  通俗地讲,抱爪就像手握棍子的动作——两个偏向一用力,把棍子牢牢握在手中。探测器的对接机构由3套抱爪组成,当上升器靠近时,-------------------------

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-------------------------只要瞄准毗邻面上的3根连杆,将抱爪收紧,就可以实现两个航天器的紧密毗邻。这种全新对接机构具有重量轻、捕捉可靠、结构简朴、对接精度高等优点。

  此次,由航天科工团体二院研制的嫦娥五号交会对接微波雷达,作为中远距离丈量的“助手”,乐成指导完成了嫦娥五号的交会对接义务。

  “与近地轨道相比,月球轨道环境更庞大,交会对接对微波雷达的测角精度要求更高。微波雷达主要作用在100公里到20米的中远程局限,精度的提高大幅提升了精准对接的胜算。”交会对接微波雷达总工程师孙武说。

  此外,装有对接用应答机的上升器在落月时难免形成扬尘,这些肉眼不能见的滋扰将会严重影响测角精度。

  为确保安全渡过月球之旅,设计师们在应答机上安装了特殊质料制成的防尘罩,“就像戴上了护目镜,嫦娥的‘千里眼’就不会酿成近视眼。”孙武说。

  当上升器与轨道器和返回器组合体对接完成后,上升器将装有月壤样品的容器转移到返回器中。月球轨道完成无人样品转移,在人类的航天历史上照样首次。连杆棘爪式转移机构设计得足够巧妙,彭兢作了一个比喻:“这个构型很像扎带,相连后单偏向通报,只能前进不能退却。”

  38万公里外,捕捉、收拢、转移,高速运行的上升器与轨道器和返回器组合体,每完成一步都让人惊心动魄——相比地球轨道,月球轨道有时延,时间走廊较小、时效性要求高,必须一气呵成完成对接与转移义务。

  当返回器“吞入”样品、关上盖子,轨道器和返回器组合体与上升器星散,在预定时机加速进入月地转移轨道,踏上回家的路。

  在太空航行时,嫦娥五号犹如变形金刚,要完成不少“花式演出”,而这些都要仰仗轨道器的“本事”和“能耐”。

  为此,中国航天人将“太空邮差”打造成“无敌小能手”。受探测器整体重量约束,“太空邮差”在具备壮大承载能力的同时,还能“身轻如燕”。

  挑战三

  返地控制

  航行控制精度高,犹如太空“打水漂”

  与神舟飞船以第一宇宙速率返回差别,此次义务返回器进入大气层的速率靠近第二宇宙速率。

  以这样的速率返回地球,若是不能“踩上一脚急刹车”,返回器会在大气层中烧蚀殆尽。

  然而,返回器减速可不像开车踩刹车那么简朴。嫦娥五号返回义务,我国接纳了半弹道跳跃方式,就像在大气层外面“打水漂”——让返回器先高速进入大气层,随后借助大气层提供的升力“跳”起来,再以第一宇宙速率重新进入大气层返回地面。

  这是生死一“跳”。若是“跳”乐成,返回器速率会降到第一宇宙速率,后面的历程就轻车熟路了。

  值得一提的是,6年前,我国乐成发射探月工程三期再入返回航行试验器,模拟了嫦娥五号奔月、绕月、返回的全历程,并对半弹道跳跃方式举行了乐成验证,使我国成为继美、苏之后,天下第3个乐成实行航天器从月球轨道重返地面的国家。

  纵然接纳半弹道跳跃方式返回,返回器再入大气层仍然会面临热控方面的挑战。返回器再入速率大、时间长,外面温度最高可达2000多摄氏度,若是传导到内部,将对携带的月壤样品发生影响。

  为此,中国航天人采取了一系列措施来保证嫦娥五号返回器平安回家——

  巧妙设计返回器形状。返回器就像一个窝头,侧面挖一个洞,洞内里就是推力器。在大气层航行时,返回器不仅会受到阻力,也会发生一定升力。靠着这一点点升力,返回器就能乐成实现半弹道跳跃方式返回。

  为返回器披上“防热服”。返回器接纳蜂窝结构防热层,内里填充了新型耐烧蚀质料。在气动加热导致温度升高时,这种新型质料能让返回器与热流有用阻隔。

  自主航行过“黑障”。返回器两次高速进入大气层都市发生“黑障”征象。高速摩擦会使返回器外面气化,发生等离子鞘套,屏障了返回器与地面的联系。虽然“黑障”历程中天地通讯中止,但并不意味着返回器会失控,一些主要指令在进入“黑障”前已经写入返回器,返回器可以根据预设内容来执行指令。

  接纳开伞乐成率更高。在距地面10多公里处,返回器需要借助降落伞举行接纳着陆。中国航天人为它量身打造了轻小型化接纳系统,通过优化降落伞的结构设计、接纳先进质料和制造手艺,实现与伞衣毗邻的伞绳在蒙受力度稳定的前提下减重20%以上;为确保安全可靠,在弹伞、脱伞等环节上都设计了备用方案,以实现“双保险”。多管齐下,确保第一时间接纳返回器。

  不知不觉,嫦娥五号已经与我们分别了10多天。

  短暂的离别,是为了更好的相聚。在接下来的日子里,我们期待嫦娥五号能够顺遂完成义务。

  嫦娥五号,等你回来!

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