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06-17
北京时间今天凌晨4时30分,中国最强运载火箭长征五号遥五运载火箭从海南文昌航天发射场发射嫦娥五号月球探测器升空。
这是中国探月工程的第六次任务,也是中国航天史上最复杂的任务。
中国将首次在月球上“挖”土壤并将其带回地球。

嫦娥五号几乎汇集了中国所有顶尖的航天技术,而本次发射也将是中国载人登月的预演,为十年后的载人登月提供技术验证。
4个月前发射的火星探测器“天问一号”已在太空飞行3亿公里。
嫦娥五号再次开启了中国航天事业的新篇章。
中国航天史上最复杂的任务。
随着嫦娥五号的成功发射,中国探月工程一期工程也落下帷幕。
根据2017年启动的中国探月工程规划,嫦娥工程分为“无人探月”、“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。
无人探月分为“绕月、落地、返回”三个步骤,即绕月、落地探测、采样返回。
其中,嫦娥1号到嫦娥4号已经完成了前两步,嫦娥5号将完成最后的“回归”,也是嫦娥系列迄今为止最复杂、技术难度最大的任务。
正因为如此,嫦娥五号月球探测器的结构也是最复杂的,由4个主要部件组成——轨道器、着陆器、上升器和返回器,而之前的四颗嫦娥探测器只有1-3个部件。
作品。
嫦娥五号将实现中国航天史上的四个“第一”:首次对月球表面进行自动采样;第一次从月球表面起飞;首次在38万公里外的月球轨道进行无人交会对接;也是首次携带月球土壤。
以接近第二宇宙的速度返回地球。
为什么说嫦娥五号将是中国航天史上最复杂的任务?基本体现在这四个“第一”。
▲图片来自:Space Brewing 首次在月球表面自动采样。
人类上一次在月球带回样本要追溯到2000年的苏联农历24号,距今已经44年了。
▲ 苏联Luna 24。
将探测器软着陆在月球上并挖一把土并不困难。
嫦娥系列已经能做到了。
真正的困难是完整地封装月球土壤。
嫦娥五号探测器通过钻孔和机械臂采集月壤样本后,将被送往上升器,需要进行首次包装,以防止样本在离开月球的过程中丢失和污染。
“阿波罗”号飞船载人登月采集样本时,样本密封出现问题,导致月壤受到污染。
据探月工程副总设计师于登云介绍,由于月球引力只有地球的六分之一,对采样和包装技术的要求也会更高,以确保回收的样本有效,这使得以前从未尝试过。
的。
首次从月球表面起飞。
在过去的几次探月任务中,只需要进行一次发射。
除了升到地球之外,嫦娥五号还要到月球表面发射,难度一下子就提升了好几个级别。
关注过火箭发射的读者也应该知道,地球上的发射任务需要发射场提供完善的保障系统。
除了发射塔的固定外,大量工程师进行实时维护和调整,以确保发射顺利进行。
然而在月球上,这些保障措施几乎都无法提供,不可控因素也大大增加。
地球上的工程师无法实时监测发射平台是否稳定、角度是否准确。
这一切都需要嫦娥5号自己来完成,因此嫦娥5号采用了更先进的人工智能系统。
从着陆地点的选择,到发射地点经度、纬度、坡度、海拔的调整,都将由嫦娥五号完成。
传感器收集数据后,AI大脑可以自主完成这一过程。
首次在38万公里外的月球轨道进行无人交会对接。
按照计划,此次嫦娥五号将携带至少2公斤月壤样本返回地球。
苏联过去3次月球采样返回任务仅带回约1.5克土壤样本。
为什么嫦娥五号能一次性带回这么多样本?这主要得益于本次任务采用的无人月球轨道交会对接技术。
四十多年前,苏联的月球探测器直接从月球表面起飞,采样后返回地球。
当然,上升器需要更大的动力,因此必须携带更多的燃料,只为月球土壤样本留下空间。
将会被大大压缩。
不仅如此,为了容纳更多的燃料,上升器的重量也会相应增加,这也增加了运载火箭在地面发射时的压力。
这种情况下,即便是中国最强的运载火箭“胖五”也未必能支撑得住。
月球轨道无人交会对接技术解决了这个问题。
探测器采样后并不直接飞回地球。
相反,上升器将土壤样本转移到在月球轨道上飞行的返回器,然后返回器将它们带回地球。
。
这样,上升器需要飞行的距离大大缩短,而且只需要少量的燃料,可以给土壤样本更多的空间。
不过,这一过程也将面临两大技术挑战。
一是如何让上升器和返回器独立相遇对接,二是在样品转移过程中完成包装。
事实上,类似的自主空间交会对接过去在我国的神舟系列中已经有成熟的应用,但都是在地球轨道上进行的。
地面站和人造卫星可以提供精确的测距、定位和导航服务,但这些资源在月球轨道上是稀缺的。
多得多。
样品的包装也很关键,因为能否完好无损地带回样品是判断嫦娥五号任务成败的标准。
如果密封不严,样品在重返大气时可能会被破坏。
所以就像从月球表面起飞一样,嫦娥五号的人工智能系统将在这些过程中发挥重要作用。
它首次带着月球土壤以接近第二宇宙的速度返回地球。
此外,当返回器携带样品返回地球时,速度将达到近11.2公里/秒的第二宇宙速度,比神舟系列飞船返回地球时的第一宇宙速度快得多。
如果直接进入大气层,会产生更大的热量。
然后为了保护返回器,必须安装更厚的隔热罩。
这将增加探测器的重量并带回更少的样本。
因此,嫦娥五号采用了类似“飘浮”的方式进入大气层。
它首先利用大气层的升力弹出,然后减速,然后重新进入大气层。
事实上,早在2009年,嫦娥五号T1测试器就首次尝试通过“浮在水中”的方式重返轨道,甚至拍摄了地球和月球的照片。
中国最强大的火箭“胖五号”也值得一提,就是这次搭载嫦娥五号上太空的运载火箭“胖五号”。
四个月前,“胖五”已经将天问一号送入太空。
之所以被称为“胖5”,是因为它是中国最大的火箭,核心直径达5米。
此外,它还配备了四个3.35米的助推器。
这是一个重达数吨的“大胖子”。
正是因为太胖,“胖5”再也不能像过去的火箭那样通过铁路运输,因为它已经超过了铁路桥洞的直径。
从海上到发射场只能通过两艘运输船才能到达。
“胖五”不仅尺寸有所提升,还拥有8台液氧煤油发动机和4台氢氧发动机,使其拥有国产火箭最强劲的动力。
起飞时的推力可达数吨。
▲ YF-K发动机。
此外,液氧和液氢两种推进剂必须分别在零下℃和零下℃条件下储存。
这种火箭也被称为“冰箭”。
这样的实力和规模,让“胖五”成为我国历史上最强的承载能力。
其近地轨道运载能力为25吨,比目前国产火箭高出2.5倍以上。
虽然这比不上目前服役的最强运输火箭猎鹰重型火箭,但也已经进入了国际一线行列。
目前,美俄主力火箭的运输能力主要集中在20-30吨级别。
如果没有这种规模的火箭,嫦娥五号不仅无法成功发射,后续的载人登月和空间站计划也无法考虑。
为什么要去月球“挖土”?如果一切顺利,不久之后嫦娥五号将在月球背面最大的月海Procellarum北部的吕姆克山脉附近着陆。
这是人类以前从未访问过的月球区域。
。
为什么我们要千里迢迢跑到月球表面去“挖”?因为这不仅可以让我们了解月球的演化历史,对于研究太阳系45亿年的变化也具有重要意义。
例如,嫦娥五号登陆的地区就含有约13亿至20亿年前的玄武岩。
月球岩石受到陨石撞击、太阳风轰击、宇宙射线辐射等空间风化作用后形成的月球土壤,蕴藏着大量有关太阳活动的信息。
中国行星科学家团队最近在《自然·天文》杂志上发表了一项研究。
根据月球土壤的演化,他们发现地月系统所遭受的撞击者在大约35亿年前发生了变化。
它还揭示了早期太阳系中巨行星的湍流。
历史提供了新的思路和线索。
正如中国地质大学(武汉)行星科学研究所教授肖龙所说:月壤就是月球的土壤。
虽然它在月球上很容易获得,但它对地球上的人们蕴藏着巨大的科学价值。
但由于过去只有美国和苏联有能力从月球采样样本,中国开展研究并不容易。
目前,中国唯一的1克月壤样本是20世纪70年代中美建交后由美国赠送给中国的。
而且阿波罗带回的月球样本大部分集中在月球近侧中低纬度的月海区域,其年龄集中在4.2亿年前至32亿年前,并不全面足以进行月球研究。
嫦娥五号带回月球样本后,中国将能够对月球进行进一步的研究。
此外,探月工程首席科学家欧阳自远在接受采访时也提到了为什么要探索月球。
除了研究月球的演化之外,月球还蕴藏着丰富的能量。
欧阳自远认为,月球的土壤中还含有一种非常重要的终极能源原料。
我们现在的化学能源和核电站都需要这种原材料,这将为人类社会的可持续发展提供重要支撑。
未来十年,中国人将登陆月球。
嫦娥五号任务顺利完成后,下一阶段将是载人登月。
中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁曾透露,中国将在年内实现载人登月,并在月球南极建立国际月球科学研究站。
此前,嫦娥六号、嫦娥七号将先后前往南极科考。
勘探。
事实上,这次嫦娥五号任务也可以被视为十年后中国载人登月的预演。
嫦娥五号绕月轨道已经进行了多次分离和对接,这实际上与美国阿波罗计划登陆月球所使用的技术类似。
在载人登月之前,美国还进行了月球轨道交会对接试验。
正如航天科普博主“Space Craft”所说,阿波罗飞船与嫦娥五号唯一的区别就是载人和非载人。
。
当嫦娥五号的几个主要部件升级为“舱”并配备载人航天系统和登月设备后,就可以实现载人登月。
中国探月工程副总设计师于登云也表示,嫦娥五号任务是为未来载人登月做好技术储备。
除了中国之外,美国NASA也启动了重返月球计划,最快将于2020年再次进行载人登月。
但十年后,美国可能不再是唯一登月的国家登上月球的人类。
无论是中国还是美国,载人登月都不会是太空探索的终结。
马斯克希望利用月球作为移民火星的中转站,而欧阳自远也认为月球只是人类的跳板,人类最终可能会前往火星。
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