嫦娥四號探測器順利升空 揭秘嫦娥一號到嫦娥五號

原標題:飛越38萬公里:從嫦娥一號到嫦娥五號

新京報快訊(記者 倪偉)今天(12月8日)凌晨,大陸嫦娥四號探測器從西昌衛星發射中心順利升空,將在月球背面著陸,將月球車釋放到月球表面。

嫦娥四號原本為嫦娥三號的備份星,可以替補嫦娥三號發射。而嫦娥三號任務圓滿完成,科學家們便為其增加了著陸月球背面的新課題。

嫦娥四號任務之前,大陸已經圓滿做到了探月工程第一、二步的任務目標。

嫦娥一號軌道圖。來源/國傢航天局嫦娥一號軌道圖。來源/國家太空局

從2007年到2014年,7年中,大陸發射了4顆月球探測器,除了嫦娥一號、二號、三號,還有一顆「試驗先鋒」嫦娥5T。它們飛越38萬公里的地月距離,做到了繞月、落月任務,同時還為采樣返回驗證了技術。據了解,將實施月球采樣返回的嫦娥五號探測器,預計明年發射。

嫦娥一號:中國太空第三座里程碑

大陸正式開展探月研究,可以追溯到1994年,大陸科學家開始進行探月活動必要性和可行性研究。2000年11月,中國政府首次公布了太空白皮書——《中國的太空》,明確近期發展目標中包括「開展以月球探測為主的深空探測的預先研究」。

2001年,由孫家棟院士牽頭,原國防科工委組織中國科學院、中國太空科技集團、原總裝備部等單位正式啟動月球探測工程的相關論證工作。

2004年1月23日,大陸繞月探測工程立項,月球探測工程全面啟動。作為「繞、落、回」三步走的第一步,首期繞月工程就是研制和發射探月衛星嫦娥一號。

完成我國探月三步走“繞、落、回”的嫦娥一號、二號、三號、五號探測器示意圖。來源/國傢航天局完成大陸探月三步走「繞、落、回」的嫦娥一號、二號、三號、五號探測器示意圖。來源/國家太空局

在葉培建院士的帶領下,中國太空科技集團五院平均年齡只有30多歲的「嫦娥」研制團隊,針對月球探測衛星的新特點,短短3年時間,先後攻克了軌道設計、月食問題、兩自由度數傳定向天線研制、衛星熱設計、制導導航與控制份系統設計、測控數傳分系統設計、紫外月球敏感器、數管分系統設計等一系列技術難題。

2007年10月24日,嫦娥一號衛星成功發射。次年11月12日,嫦娥一號拍攝的全月球影像圖發布;2009年3月1日,嫦娥一號衛星按預定計劃受控撞月,為探月工程一期——「繞月探測」任務畫上了一個圓滿的句號。

在太空界,大陸首次月球探測工程的成功,被稱為繼「東方紅一號」人造衛星、「神舟五號」載人飛行任務之後,大陸太空事業發展的第一座里程碑,開啟了中國人走向深空的時代,標誌著大陸已經進入世界具有深空探測能力的國家行列。

嫦娥二號:中國飛得最遠的太空器

作為探月工程二期先導星,嫦娥二號衛星試驗了探月工程二期部分關鍵技術。

2010年10月1日,嫦娥二號發射成功。至2011年4月1日,在半年設計壽命周期內,嫦娥二號全面做到了6大工程目標和4項科學探測任務,獲取了一批重要科學數據。

嫦娥二號飛行過程示意圖。來源/國傢航天局嫦娥二號飛行過程示意圖。來源/國家太空局

完成既定探測任務後,能力尚在的嫦娥二號,並未像嫦娥一號一樣墜毀在月球,而是飛向了更遠的深空。

2012年4月,嫦娥二號圓滿完成在日地拉格朗日L2點一個完整周期的飛行探測,成功繞飛L2點,進入轉移軌道飛行。當年12月13日,嫦娥二號與國際編號為4179的圖塔蒂斯小行星由遠及近「擦肩而過」,最近交會距離不到1公里,首次做到了大陸對小行星的飛躍探測,成為大陸第1個行星際探測器。

而後,嫦娥二號繼續飛至1億公里以外,對大陸深空探測能力進行了驗證,成為大陸飛得最遠的太空器。

嫦娥三號:「玉兔」號信步月球

嫦娥一號、二號做到了「繞月」,嫦娥三號的任務是「落月」,大陸第一輛月球車「玉兔」號也誕生於此次任務。

2008年3月,探月工程二期立項。與嫦娥一號、二號相比,嫦娥三號探測器的技術跨度大、設計約束多,結構也更為複雜,新技術、新產品達到80%。

“玉兔”號月球車拍攝的嫦娥三號著陸器。來源/國傢航天局「玉兔」號月球車拍攝的嫦娥三號著陸器。來源/國家太空局

太空科技集團五院研究團隊突破了著陸減速、著陸段的自主導航控制、著陸衝擊緩沖、月面熱控保障、月面移動、月面巡視過程的自主導航與遙操作控制等六大方面關鍵技術。

2013年12月14日,嫦娥三號探測器成功落月,做到大陸太空器首次地外天體軟著陸,並開展巡視勘察和科學探測。

嫦娥5T:探月返回的「探路先鋒」

大陸探月工程嚴謹按照「三步走」規劃,落月之後便是返回,由嫦娥五號承擔重任。

在探月工程三期采樣返回任務中,嫦娥五號最終將攜帶樣品返回地球,其返回器對任務的成敗至關重要。大陸此前尚沒有地球軌道以外的太空器完成過再入大氣層的返回、著陸與回收經歷。

大陸雖然多次通過神舟飛船返回艙將太空員平安帶回地球,但月球返回器的返回再入,與近地太空器返回再入相比,難度不可同日而語。其再入速度更高,航程更長,熱環境也更複雜,這些特點為返回器氣動外形與熱防護設計、再入制導導航與控制(GNC)、安全回收與著陸提出了很大的挑戰。

嫦娥5T對嫦娥五號預定采樣區遙感成像圖。來源/國傢航天局嫦娥5T對嫦娥五號預定采樣區遙感成像圖。來源/國家太空局

五院針對高速返回技術根本無法在地面進行模擬的情況,提出了「先行開展一次飛行試驗,驗證高速再入返回飛行的可行性」的思路,飛行試驗器孕育而生。

2014年11月1日清晨,為嫦娥五號探路的再入返回試驗器(嫦娥5T),在繞月飛行之後,按既定方案平安返回著陸。

嫦娥5T任務中,研制人員突破了軌道設計和控制技術、氣動技術、熱防護技術等關鍵技術,驗證了返回器「半彈道跳躍式返回」再入關鍵技術,做到了中國太空器首次以第二宇宙速度返回地球,為嫦娥五號安全返回,趟出了一條路。

新京報記者 倪偉