飞越38万公里:从嫦娥一号到嫦娥五号

国内 新京报 2018-12-08 08:25
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核心提示: 嫦娥四号原本为嫦娥三号的备份星,可以替补嫦娥三号发射。而嫦娥三号任务圆满完成,科学家们便为其增加了着陆月球背面的新课题。

新京报快讯(记者 倪伟)今天(12月8日)凌晨,我国嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心顺利升空,将在月球背面着陆,将月球车释放到月球表面。

嫦娥四号原本为嫦娥三号的备份星,可以替补嫦娥三号发射。而嫦娥三号任务圆满完成,科学家们便为其增加了着陆月球背面的新课题。

嫦娥四号任务之前,我国已经圆满实现了探月工程第一、二步的任务目标。

嫦娥一号轨道图。来源/国家航天局

从2007年到2014年,7年中,我国发射了4颗月球探测器,除了嫦娥一号、二号、三号,还有一颗“试验先锋”嫦娥5T。它们飞越38万公里的地月距离,实现了绕月、落月任务,同时还为采样返回验证了技术。据悉,将实施月球采样返回的嫦娥五号探测器,预计明年发射。

嫦娥一号:中国航天第三座里程碑

我国正式开展探月研究,可以追溯到1994年,我国科学家开始进行探月活动必要性和可行性研究。2000年11月,中国政府首次公布了航天白皮书——《中国的航天》,明确近期发展目标中包括“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。

2001年,由孙家栋院士牵头,原国防科工委组织中国科学院、中国航天科技集团、原总装备部等单位正式启动月球探测工程的相关论证工作。

2004年1月23日,我国绕月探测工程立项,月球探测工程全面启动。作为“绕、落、回”三步走的第一步,首期绕月工程就是研制和发射探月卫星嫦娥一号。

完成我国探月三步走“绕、落、回”的嫦娥一号、二号、三号、五号探测器示意图。来源/国家航天局

在叶培建院士的带领下,中国航天科技集团五院平均年龄只有30多岁的“嫦娥”研制团队,针对月球探测卫星的新特点,短短3年时间,先后攻克了轨道设计、月食问题、两自由度数传定向天线研制、卫星热设计、制导导航与控制份系统设计、测控数传分系统设计、紫外月球敏感器、数管分系统设计等一系列技术难题。

2007年10月24日,嫦娥一号卫星成功发射。次年11月12日,嫦娥一号拍摄的全月球影像图发布;2009年3月1日,嫦娥一号卫星按预定计划受控撞月,为探月工程一期——“绕月探测”任务画上了一个圆满的句号。

在航天界,我国首次月球探测工程的成功,被称为继“东方红一号”人造卫星、“神舟五号”载人飞行任务之后,我国航天事业发展的第一座里程碑,开启了中国人走向深空的时代,标志着我国已经进入世界具有深空探测能力的国家行列。

嫦娥二号:中国飞得最远的航天器

作为探月工程二期先导星,嫦娥二号卫星试验了探月工程二期部分关键技术。

2010年10月1日,嫦娥二号发射成功。至2011年4月1日,在半年设计寿命周期内,嫦娥二号全面实现了6大工程目标和4项科学探测任务,获取了一批重要科学数据。

嫦娥二号飞行过程示意图。来源/国家航天局

完成既定探测任务后,能力尚在的嫦娥二号,并未像嫦娥一号一样坠毁在月球,而是飞向了更远的深空。

2012年4月,嫦娥二号圆满完成在日地拉格朗日L2点一个完整周期的飞行探测,成功绕飞L2点,进入转移轨道飞行。当年12月13日,嫦娥二号与国际编号为4179的图塔蒂斯小行星由远及近“擦肩而过”,最近交会距离不到1公里,首次实现了我国对小行星的飞跃探测,成为我国第1个行星际探测器。

而后,嫦娥二号继续飞至1亿公里以外,对我国深空探测能力进行了验证,成为我国飞得最远的航天器。

嫦娥三号:“玉兔”号信步月球

嫦娥一号、二号实现了“绕月”,嫦娥三号的任务是“落月”,我国第一辆月球车“玉兔”号也诞生于此次任务。

2008年3月,探月工程二期立项。与嫦娥一号、二号相比,嫦娥三号探测器的技术跨度大、设计约束多,结构也更为复杂,新技术、新产品达到80%。

“玉兔”号月球车拍摄的嫦娥三号着陆器。来源/国家航天局

航天科技集团五院研究团队突破了着陆减速、着陆段的自主导航控制、着陆冲击缓冲、月面热控保障、月面移动、月面巡视过程的自主导航与遥操作控制等六大方面关键技术。

2013年12月14日,嫦娥三号探测器成功落月,实现我国航天器首次地外天体软着陆,并开展巡视勘察和科学探测。

嫦娥5T:探月返回的“探路先锋”

我国探月工程严谨按照“三步走”规划,落月之后便是返回,由嫦娥五号承担重任。

在探月工程三期采样返回任务中,嫦娥五号最终将携带样品返回地球,其返回器对任务的成败至关重要。我国此前尚没有地球轨道以外的航天器完成过再入大气层的返回、着陆与回收经历。

我国虽然多次通过神舟飞船返回舱将航天员平安带回地球,但月球返回器的返回再入,与近地航天器返回再入相比,难度不可同日而语。其再入速度更高,航程更长,热环境也更复杂,这些特点为返回器气动外形与热防护设计、再入制导导航与控制(GNC)、安全回收与着陆提出了很大的挑战。

嫦娥5T对嫦娥五号预定采样区遥感成像图。来源/国家航天局

五院针对高速返回技术根本无法在地面进行模拟的情况,提出了“先行开展一次飞行试验,验证高速再入返回飞行的可行性”的思路,飞行试验器孕育而生。

2014年11月1日清晨,为嫦娥五号探路的再入返回试验器(嫦娥5T),在绕月飞行之后,按既定方案平安返回着陆。

嫦娥5T任务中,研制人员突破了轨道设计和控制技术、气动技术、热防护技术等关键技术,验证了返回器“半弹道跳跃式返回”再入关键技术,实现了中国航天器首次以第二宇宙速度返回地球,为嫦娥五号安全返回,趟出了一条路。

[责任编辑:尚 珩]