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本報(bào)記者 劉揚(yáng) ●韓潤(rùn)奇 薛英民 高曉燕 薛欣
中國(guó)嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器在太空中飛行一周后，肩負(fù)“落月挖土”重任的著陸器和上升器組合體于12月1日深夜歷經(jīng)主動(dòng)減速、快速調(diào)整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落等步驟后，成功實(shí)施在月面預(yù)定區(qū)域的軟著陸。《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解到，這意味著中國(guó)迄今為止最復(fù)雜、難度最大的探月任務(wù)——嫦娥五號(hào)任務(wù)月面采樣作業(yè)即將拉開帷幕，后續(xù)任務(wù)將開創(chuàng)中國(guó)航天史上的多個(gè)首次。
“穩(wěn)穩(wěn)的落月”如何完成
《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者從國(guó)家航天局獲悉，12月1日23時(shí)11分，嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近的預(yù)選著陸區(qū)，并傳回著陸影像圖。
12月1日22時(shí)57分，嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開始實(shí)施動(dòng)力下降，7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)，逐步將探測(cè)器相對(duì)月球速度從約每秒1.7公里降為零。期間，探測(cè)器進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整，逐漸接近月表。此后進(jìn)行障礙自動(dòng)檢測(cè)，選定著陸點(diǎn)后，開始避障下降和緩速垂直下降，平穩(wěn)著陸于月球正面風(fēng)暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。著陸過程中，著陸器配置的降落相機(jī)拍攝了著陸區(qū)域影像圖。
嫦娥五號(hào)探測(cè)器抓總研制單位航天科技集團(tuán)五院詳細(xì)介紹了整個(gè)著陸過程。它先是利用大推力反向制動(dòng)快速減速，然后快速調(diào)整姿態(tài)并對(duì)預(yù)定落區(qū)地形進(jìn)行拍照識(shí)別，避開大的障礙，實(shí)現(xiàn)“粗避障”，然后組合體在飛到距離月面100米時(shí)懸停，并再次對(duì)選定區(qū)域進(jìn)行精確拍照，實(shí)現(xiàn)“精避障”，之后再斜向下飄向選定的著陸點(diǎn)，在移動(dòng)到著陸點(diǎn)正上方之后開始豎直下降，到距離月面較近時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，然后利用著陸腿的緩沖實(shí)現(xiàn)軟著陸。
保證落月的幾大神器
據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，嫦娥五號(hào)任務(wù)的落月和近月制動(dòng)一樣，都只有一次機(jī)會(huì)，必須一次成功。由于涉及采樣后上升器的月面起飛，嫦娥五號(hào)的落月過程也是在為上升器的后續(xù)月面起飛選擇“發(fā)射場(chǎng)”。因此相較于此前落月的嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)，嫦娥五號(hào)對(duì)于著陸點(diǎn)的位置精度和平整度要求之高是空前的，需要著陸區(qū)域內(nèi)無太高的凸起、無太深的凹坑，坡度也要符合任務(wù)要求。
由于嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體在落月時(shí)，撞擊月面會(huì)形成沖擊，為保證探測(cè)器不翻倒、不陷落，就需要穩(wěn)定可靠的著陸緩沖機(jī)構(gòu)，也就是嫦娥五號(hào)的“腿”?！董h(huán)球時(shí)報(bào)》記者從航天科技集團(tuán)五院了解到，這4條集緩沖、支撐于一體的“腿”來自嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)的完美基因，但因?yàn)楸敬稳蝿?wù)難度增加，嫦娥五號(hào)的著陸緩沖能力要求提高30%，但機(jī)構(gòu)重量指標(biāo)卻減少了5%。
落月過程中還有兩個(gè)非常精妙的設(shè)計(jì)。表面上看，降落過程中“干活”的是著陸器，它“背著”的上升器似乎沒有發(fā)揮作用，但著陸器其實(shí)一直在借助上升器的“外腦”和“外眼”，即上升器從月面起飛時(shí)要用的“最強(qiáng)大腦”——中央控制計(jì)算機(jī)和通過“看星星”確定自己姿態(tài)的星敏感器。這種借助“外力”的方法，避免了在著陸器和上升器上同時(shí)安裝兩套系統(tǒng)，既節(jié)約成本又減輕重量。其次，由于距離月面較近時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)激起的月塵會(huì)污染星敏感器，可能影響上升器從月面起飛，所以技術(shù)人員專門設(shè)計(jì)了蓋子，在距離月面一定高度時(shí)把星敏感器的鏡頭蓋起來。利用“天黑請(qǐng)閉眼”的這種設(shè)計(jì)，星敏感器一直要等到落月后月塵散去再把蓋子打開。這“一睜一閉”之間，著陸器和上升器組合體已經(jīng)順利著陸在月亮之上了。
“五姑娘”落月意義有多重大
在嫦娥五號(hào)任務(wù)之前，它的“三姐”“四姐”都曾成功在月面實(shí)施軟著陸。嫦娥三號(hào)實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體軟著陸和巡視探測(cè)，嫦娥四號(hào)成功登陸月背，成為人類歷史上首個(gè)在月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的航天器，至今狀態(tài)良好。專家介紹說，相比兩位“姐姐”，嫦娥五號(hào)落月的幾大特點(diǎn)凸顯了此次任務(wù)的重大意義。
首先是降落區(qū)域不同。據(jù)國(guó)家航天局介紹，嫦娥五號(hào)任務(wù)的采樣區(qū)域是在月球正面風(fēng)暴洋西北部。為什么要將風(fēng)暴洋西北部作為著陸與采樣作業(yè)區(qū)域呢？航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢介紹稱，嫦娥五號(hào)任務(wù)的著陸地點(diǎn)過去還沒有人類探測(cè)器去過?？茖W(xué)家根據(jù)目前的研究成果，認(rèn)為這塊區(qū)域形成的地質(zhì)年代比較年輕，如果能將這塊區(qū)域的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，能夠幫助人類更好地認(rèn)識(shí)月球形成過程。彭兢稱，選擇在風(fēng)暴洋西北部采樣也有從工程實(shí)現(xiàn)角度來考慮的因素。
長(zhǎng)期報(bào)道中國(guó)航天的資深科技記者余建斌對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，嫦娥五號(hào)的著陸點(diǎn)和嫦娥三號(hào)的月球虹灣著陸點(diǎn)緯度基本相當(dāng)。采樣點(diǎn)的月球緯度高低會(huì)影響太陽光照強(qiáng)度、能量保障、溫度，這涉及探測(cè)器的熱控制。在月面著陸區(qū)域，上升器上升后要跟軌道器、返回器組合體在月球軌道對(duì)接，通過月球著陸區(qū)經(jīng)緯度的選擇，盡量和軌道器所在的太空軌道面一致，有助于減少燃料消耗。
完成月面軟著陸之后，著陸器在地面控制下，進(jìn)行了太陽翼和定向天線展開等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作。隨后著陸器和上升器組合體將利用機(jī)械臂表取和鉆地鉆取兩種方法開始采樣作業(yè)，采樣量約兩公斤，月面工作時(shí)間約兩天?！?/p>