“嫦五”归来！——中国首次地外天体采样返回任务圆满成功

离家23 天后，嫦娥五号成功归来！

北京时间12 月17 日1 时59 分，嫦娥五号返回器着陆在内蒙古四子王旗预定区域。返回器中，装有中国从月球采集的约1731 克月壤。

这是人类时隔44 年，再次从月球带回岩石和土壤样品。标志着我国首次地外天体采样返回任务顺利完成，探月工程“绕、落、回”三步走收官之战取得了圆满胜利。中国成为世界上继美、苏之后第三个实现月球采样返回的国家。

习近平总书记致电代表党中央、国务院和中央军委祝贺探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功。

嫦娥五号任务作为我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，成功实现了多方面技术创新、突破了一系列关键技术，对于我国提升航天技术水平、完善探月工程体系、开展月球科学研究、组织后续月球及星际探测任务，具有承前启后、里程碑式的重要意义。

1 “长五”发“嫦五”，探月工程开启新篇章

2020 年11 月24 日，嫦娥五号发射升空

2020 年11 月24 日4 时30 分，在中国文昌航天发射场，探月工程嫦娥五号探测器由长征五号遥五运载火箭成功发射升空。火箭顺利将探测器送入近地点约200 千米、远地点约40 万千米的地月转移轨道。嫦娥五号承载着中华民族的探月梦想，奔向月球。

嫦娥五号探测器是我国迄今为止研制的最为复杂的航天器系统之一，其质量为8.2t，由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成，四器叠加、状似宝塔，包含15 个分系统。“四器”每一个都是单独的个体，也能组合在一起。着陆器和上升器组合成“着上组合体”，轨道器和返回器组合成“轨返组合体”，“四器”一起构成一个完整的探测器。

嫦娥五号全飞行过程包括发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降等阶段，在完成月面工作后，再经月面上升、月球轨道交会对接与样品转移、环月等待、月地转移和再入回收等阶段，任务周期23 天。主要科学目标是开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系；对月球样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特性、物质组成，深化月球成因和演化历史的研究。

嫦娥五号探测器

嫦娥五号探测器结构图

2 “落月”“挖土”“深情拥抱”，任务过程亮点纷呈

在顺利完成2 次轨道修正后，11 月28 日，嫦娥五号探测器成功实施首次近月制动，顺利进入环绕月球轨道。29 日，嫦娥五号探测器在近月点再次“刹车”，成功实施第二次近月制动，从椭圆环月轨道变为近圆形环月轨道，这也是最终的绕月飞行轨道。30 日，嫦娥五号探测器着陆器和上升器组合体与轨道器和返回器组合体顺利分离，轨道器和返回器组合体继续在平均高度约200 千米的环月轨道上飞行并等待上升器交会对接。

成功落月

12 月1 日23 时许，嫦娥五号着陆器和上升器组合体成功在月球正面51.8° (W)、43.1° (N)附近的预选着陆区着陆，月球风暴洋成为中国探月新地标。

嫦娥五号着陆器和上升器组合体着陆后，全景相机环拍成像

嫦娥五号对于着陆点的位置精度和平整度高要求是空前的。由于涉及采样完成后上升器要在月面起飞，嫦娥五号挑选落点的过程，也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”的过程，其降落区域内不能有太高的凸起、太深的凹坑，坡度也需要符合任务要求。探测器是一边飞行一边寻找落点，如同一次从600 千米外开始、在15 分钟内完成的自主“跳伞”。

为了实现“选址正确，落得准确”，嫦娥五号采用了在嫦娥三号、嫦娥四号上应用的“粗精接力避障”方式，即在制导导航与控制（GNC）系统的指挥下，“着上组合体”先是大推力反向制动快速减速，然后快速调整姿态并对预定落区地形进行拍照识别，避开大的障碍，实现“粗避障”，然后组合体在飞到距离月面100 米时悬停，并再次对选定区域进行精确拍照，实现“精避障”，之后再斜向下落向选定的着陆点，在移动到着陆点正上方之后开始竖直下降，到距离月面较近时关闭发动机，然后利用着陆腿的缓冲实现软着陆。

嫦娥五号探测器在月球表面自动采样

月面采样

12 月2 日4 时53 分，嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装，按计划进行表取采样。经过约19 小时的月面工作，探测器于12 月2 日22 时顺利完成月球表面自动采样，按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中。

自动采样是此次任务的核心关键环节之一。探测器经受住超过100℃的月面高温考验，克服了测控、光照、电源等方面的条件约束，依托全新研制的地外天体样品采集机构，通过机械臂表取和钻具钻取两种“挖土”方式分别采集月球样品，实现了多点、多样化自动采样。其中，钻具钻取了月面下的月壤样品，机械臂则在末端采样器支持下，在月表开展多种采样。为确保月球样品在返回地球过程中，保持真空密闭以及不受外界环境影响，探测器在月面对样品进行了密封封装。

嫦娥五号探测器配置了降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷，在月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中发挥重要作用。探测器钻取采样前，月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断，为采样提供了数据参考。

月面起飞

12 月3 日23 时10 分，嫦娥五号探测器的上升器3000N 发动机工作约6 分钟，成功将携带样品的上升器送入到预定环月轨道。

与地面起飞不同，上升器月面起飞不具备成熟的发射塔架系统，着陆器相当于上升器的“临时塔架”，上升器起飞存在起飞初始基准与起飞平台姿态不确定、发动机羽流导流空间受限、地月环境差异等问题；另外，由于月球上没有导航星座，上升器起飞后，在地面测控辅助下，借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿。

点火起飞前，“着上组合体”实现月面国旗展开以及上升器、着陆器的解锁分离。此次国旗展开是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。点火起飞后，上升器经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段，进入预定环月飞行轨道。

五星红旗在月面成功展开

交会对接

12 月6 日5 时42 分，嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接，并于6 时12 分将样品容器安全转移至返回器中。

从上升器进入环月飞行轨道开始，通过远程导引和近程自主控制，轨道器和返回器组合体逐步靠近上升器，以抱爪的方式捕获上升器，完成交会对接。此次交会对接过程，嫦娥五号“轨返组合体”追上升器属于“大星追小星”，与我国现已掌握的地球轨道交会对接采用的“小星追大星”、用“弱撞击”的方式实现对接不同。因为如果用撞击的方式对接会把上升器撞飞，所以，嫦娥五号采用的是停控加抓取的方式，在轨道器追上上升器并以相同速度飞行过程中，从后面“伸手”牵过上升器之后拉紧，实现对接。“深情拥抱”后，上升器将装有月壤的样品容器转移到返回器上。

轨道器与上升器完成交会对接

12 月6 日12 时许，嫦娥五号上升器与“轨返组合体”顺利在轨分离。12 月8 日，上升器按照地面指令受控离轨，降落在月面预定落点。至此，嫦娥五号上升器圆满完成使命，受控离轨落月可避免其成为太空垃圾，避免影响国际社会后续月球探测任务，这也是中国作为负责任大国对人类和平探索利用太空的重要承诺。

3 “打水漂”归来，两次进入大气层

12 月12 日、13 日，嫦娥五号轨道器和返回器组合体分别实施2 次月地转移入射，成功进入月地转移轨道返回地球。又经过2 次月地转移轨道修正后，12 月17 日，嫦娥五号返回器与轨道器分离、再入，并在预定着陆区成功着陆。

嫦娥五号返回器从月球飞回来的速度接近第二宇宙速度（11.2km/s），高速进入大气层时将剧烈摩擦产生高温，热量急剧提升为航天器返回带来巨大挑战。为此，嫦娥五号采用了一个独特的回家方式——半弹道跳跃式再入返回，就像在太空中“打水漂”。返回器先高速进入大气层，再借助大气层提供的升力跃出大气层，然后再以第一宇宙速度（7.9 km/s）扎入大气层，返回地面。

嫦娥五号返回器成功着陆

12 月17 日凌晨1 时33 分，嫦娥五号返回器在距地面高度约120 千米处高速进入地球大气层，实施初次气动减速。下降至预定高度后，返回器向上跃出大气层，到达最高点后开始滑行下降。之后，返回器再次进入大气层，实施二次气动减速。在降至距地面约10 千米高度时，返回器打开降落伞完成最后减速并保持姿态稳定，随后在预定区域平稳着陆。

回收后的嫦娥五号返回器在完成必要的地面处理工作后，空运至北京开舱，取出样品容器及搭载物。月球样品移交至地面应用系统，中国首次地外天体样品储存、分析和研究相关工作也将随之启动。

4 五项“中国首次”，实现里程碑式新跨越

嫦娥五号任务创造了五项“中国首次”，一是在地外天体的采样与封装；二是地外天体上的点火起飞、精准入轨；三是月球轨道无人交会对接和样品转移；四是携带月球样品以近第二宇宙速度再入返回；五是建立我国月球样品的存储、分析和研究系统。此次任务的成功实施，是我国航天事业发展中里程碑式的新跨越，标志着我国具备了地月往返的能力，为我国未来月球与行星探测奠定了坚实基础。

回首过往，中国探索月球的蓝图谋划长远、精准落实，在月球探测强者并存的赛道上行稳致远，步步登高。从嫦娥一号到嫦娥五号，种种变化浓缩着中国探月工程快速发展的步伐，这背后，是一项项技术难点的集智突破、一项项创新成果的破壳而生。这些科技成果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。嫦娥奔月是中华民族千年的梦想。如今，中国人有了更多仰望星空的能力，夜空中的明月已经触手可及。

延伸阅读

2004 年，我国探月工程正式批准立项，被命名为“嫦娥工程”。探月工程规划为三期，简称“绕、落、回”。

绕

探月工程一期:实现环绕月球探测

2007 年10 月24 日，嫦娥一号卫星成功发射，迈出了中国深空探测的第一步。2008 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”任务画上圆满句号。

落

探月工程二期:实现月面软着陆和自动巡视勘察

2010 年10 月1 日，嫦娥二号卫星成功发射，作为探月工程二期的先导星，卫星轨道设计、导航控制、微小相机视频成像等各项技术均得到验证。2012 年12 月13 日，嫦娥二号卫星与图塔蒂斯（Toutatis)小行星由远及近“擦肩而过”，首次实现我国对小行星的飞越探测，成为我国第一个行星际探测器。

2013 年12 月2 日，嫦娥三号探测器顺利发射。2013 年12 月14 日，嫦娥三号成功落月，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。

2018 年12 月8 日，嫦娥四号探测器顺利发射。2019 年1 月3 日，嫦娥四号成功登陆月球背面，成为人类历史上首次在月球背面软着陆和巡视探测的航天器，首次实现了月球背面与地球的中继通信。

回

探月工程三期:实现无人采样返回

2014 年10 月24 日，为嫦娥五号探路的再入返回飞行试验器（嫦娥5T）成功发射。2014 年11 月1 日，再入返回飞行试验器按既定方案平安着陆，完成了地球轨道以外航天器高速再入大气层的返回试验验证，为确保嫦娥五号任务顺利实施和探月工程持续推进奠定了坚实基础。

2020 年11 月24 日，嫦娥五号探测器发射成功。2020 年12 月2 日，嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月面采样及样品封装。2020 年12 月17 日，嫦娥五号返回器着陆在内蒙古四子王旗预定区域，实现了我国首次地外天体采样返回任务。