五问“嫦五”，怎样去月球“挖土”

倪伟

一问：嫦娥五号去月球做什么

2020年12月17日1时59分，嫦娥五号返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。

作为我国探月工程“绕、落、回”三步走中的收官之战，中国航天科技集团有限公司研制的嫦娥五号，连续实现我国航天史上的四个“首次”：首次月面自动采样，首次月面起飞上升，首次实现月球轨道交会对接，首次带月壤高速再入返回地球。

设计师为嫦娥五号设计了两种“挖土”模式：钻取和表取，嫦娥五号着陆后开展了为期两天的月面工作，采取深钻、浅钻、“铲土”、“挖土”、“夹土”等各种方式，采集约2千克月壤并进行密封封装。嫦娥五号随身携带了钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等科技“神器”。

此外，嫦娥五号探测器还开展了一系列科学探测，如着陆区的现场调查和分析，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等。

二问：谁送嫦娥五号去月球

此次运送嫦娥五号去月球的“班车”，与2020年7月运送天问一号去火星的是同一辆——长征五号运载火箭。这也是长征五号第二次承担应用性任务。

此次探月任务要实现月球采样返回，探测器总重8.2吨，在我国现有运载火箭中，只有长征五号可以将其送入地月转移轨道。

地月转移轨道是一个大椭圆的轨道，近地点200千米，远地点41万千米。长征五号将嫦娥五号直接送入地月转移轨道，不需探测器自身加速。探测器与火箭分离以后，沿着大椭圆轨道飞行，可以到达近月点附近，在近月点附近减速后，进入环绕月球的轨道。

“十四五”期间，长征五号系列火箭将执行我国载人空间站建设，计划在未来2～3年内，用长征五号B火箭完成载人空间站的主体建设。长征五号火箭还将在深空探测、星际探测中扮演重要角色，不论是行星探测还是小行星探测，长征五号强大的运载能力都是实现航天目标的重要支撑，不仅可以让探测器携带更多科学探测设备，还可以在轨道设计上拥有更多选择。

三问：在月球怎么“挖土”

作为此次任务的核心环节，月球表面自动采样和封装最引人注目。

此次嫦娥五号的钻取采样装置可以钻进月表2米深的地方，采集月壤样品。所采用的钻头，可谓百里挑一，研制人员对比了16种设计方案，最终确定双排钻牙阶梯构型，具备对8级硬度岩石的钻进能力，针对不同颗粒度月壤具有切削、拨、挤、排的能力。

四问：“挖土”后怎么返回

嫦娥五号不是整个降落在月球上，到了月球轨道以后，嫦娥五号的四个部分就分成了两部分，着陆器和上升器组合体降落，轨道器和返回器组合体环绕月球飞行。等采样完成后，上升器点火起飞，与轨道器和返回器组合体对接，把样品转移到返回器内。轨道器与返回器一起飞回地球，最终在地球上空再次解体，返回器带着样品独自回归。

所有操作几乎都是首次尝试，颇具科幻感的一幕是上升器在月面点火起飞，这是我国航天器首次在另一个星球起飞。

在地球上发射运载火箭，需要一套完备的发射塔架系统，点火起飞位置经过精确测算，飞行轨道也是经过一遍遍计算好的。月面起飞就不一样了，没有发射塔架，着陆器就相当于上升器的塔架。而月球表面环境复杂，着陆器不一定是四平八稳的状态，很有可能落在斜坡或者凹凸不平的月表，这给起飞带来了很大的难度。

此外，还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞的时候，无法像运载火箭在地面发射前由地面人员完成测调和确认，必须依靠航天器“自力更生”，实现起飞时自主定位定姿。

五问：与前四位“嫦娥”有何不同

承担的使命不同。嫦娥五号要完成探月工程“绕、落、回”的最后一步，将推动我国深空探测领域的科技进步，促进我国空间科学、空间技术跨越发展。

任务目标不同。嫦娥五号任务的目的是实现月面自动采样返回，开展月球样品地面分析研究。实施任务期间，嫦娥五号探测器将重点实现三大工程目標，要突破一系列关键技术，提升我国航天技术水平，要实现首次地外天体自动采样返回，推进我国科学技术重大跨越。另外，还要为载人登月和深空探测奠定一定的人才、技术和物质基础。

归宿不同。嫦娥一号在环绕月球探测以后，按预定计划受控撞月，殒命月表；嫦娥二号完成月球探测任务后，与图塔蒂斯小行星擦肩而过，实现我国对小行星的飞跃探测，之后飞向更远深空，成为我国第一个行星际探测器；嫦娥三号和四号将永久留在月球正面和背面；而嫦娥五号分离成了四部分，分别留在月表、月球轨道、地月之间和返回地球。