嫦娥五号首次实现我国地外天体采样返回

创意：《科教导刊》编辑部 陈文斌  制作：《科教导刊》编辑部 肖显枝

2020年12月17日凌晨，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平发出贺电：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，首次实现了我国地外天体采样返回。这是发挥新型举国体制优势攻坚克难取得的又一重大成就，标志着中国航天向前迈出的一大步。

2020年11月24日4时30分，我国用目前推力最大的长征五号运载火箭，成功将嫦娥五号月球探测器送入地月转移轨道。长征五号遥五运载火箭发射升空后，先后实施了助推器分离、整流罩分离、一二级分离以及器箭分离等四次分离。

11月24日22时06分，嫦娥五号探测器3000牛发动机工作约2秒钟，顺利完成第一次轨道修正，继续飞向月球。

11月25日22时06分，嫦娥五号探测器两台150牛发动机工作约6秒钟，顺利完成第二次轨道修正。

根据测定探测器实际飞行轨道与设计轨道之间的偏差，完成对应的探测器轨道控制，能确保探测器始终飞行在适当的轨道上。

11月28日20时58分，嫦娥五号探测器经过约112小时奔月飞行，在距月面约400公里处成功实施3000牛发动机点火，约17分钟后，发动机正常关机。11月29日20时23分，嫦娥五号探测器在近月点再次“刹车”，从椭圆环月轨道变为近圆形环月轨道。

高速飞行的探测器在靠近月球时，实施“刹车”制动，目的是使其相对速度低于月球“逃逸”速度，从而被月球引力捕获，顺利进入环月轨道。

11月30日4时40分，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分离。轨道器和返回器组合体继续在平均高度约200公里的环月轨道上飞行并等待上升器交会对接。

12月1日22时57分，嫦娥五号着陆器和上升器组合体从距离月面约15公里处开始实施动力下降，7500牛变推力发动机开机，逐步将探测器相对月球速度从约1.7公里/秒降为零。期间，探测器进行快速姿态调整，逐渐接近月表。此后进行障碍自动检测，选定着陆点后，开始避障下降和缓速垂直下降，平稳着陆于月球正面风暴洋的吕姆克山脉以北地区。

12月1日23时11分，嫦娥五号探测器成功着陆在月球预选着陆区，并传回着陆影像图。在地面控制下，进行了太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作，将正式开始持续约2天的月面工作，采集月球样品。

12月3日23时10分，嫦娥五号上升器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。这是我国首次实现地外天体起飞。

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。

嫦娥五号上升器成功将携带样品的上升器送入到预定环月轨道

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。这是我国首次实现月球轨道交会对接。

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。

12月6日12时35分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体与上升器成功分离，进入环月等待阶段，准备择机返回地球。

12月8日6时59分，嫦娥五号上升器按照地面指令受控离轨。7时30分左右降落在月面经度0度、南纬30度附近的预定落点。

嫦娥五号上升器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。

12月12日9时54分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体经历了约6天的环月等待，实施了第一次月地转移入射，从近圆形轨道变为近月点高度约200公里的椭圆轨道。月地转移入射的主要目的是通过月球轨道上的轨道机动，使轨道器和返回器组合体进入月地转移轨道。

12月13日9时51分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体实施第二次月地转移入射，在距月面约230公里处成功实施四台150牛发动机点火，约22分钟后，发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断，轨道器和返回器组合体成功进入月地转移轨道。

12月14日11时13分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体上兩台25牛发动机工作约28秒钟，顺利完成第一次月地转移轨道修正。

12月16日9时15分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体上两台25牛发动机工作约8秒钟，顺利完成第二次月地转移轨道修正。

12月17日1时许，轨道器与返回器在距南大西洋海平面高约5000公里处正常解锁分离。

1时33分，嫦娥五号返回器在距地面高度约120公里处，以接近第二宇宙速度（约为11.2千米/秒）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。

1时59分，嫦娥五号返回器携带月球样品成功着陆，任务获得圆满成功。

嫦娥五号

创造五项中国首次

2020年11月24日，长征五号准时并成功发射，之后探测器地月转移、近月制动、两两分离、平稳落月、钻表取样、月面起飞、交会对接及样品转移、环月等待、月地转移，12月17日再入返回、安全着陆，整个工程任务现在转入科学研究的新阶段。23天的时间内，嫦娥五号完成了一次对接、六次分离，两种方式采样、五次样品转移，经历了11个重大阶段和关键步骤，环环相连、丝丝入扣。

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。

探月工程系统带动我国航天科技整体发展

国家航天局探月工程三期总设计师胡浩表示，作为探月工程三期的嫦娥五号任务，和前期任务相比技术跨度较大。前期是在月球上巡视勘察，这次是采样返回。为了可靠地实施嫦娥五号任务，要突破在月球上采样返回碰到的新技术，实现在月球上可靠地采样，把样品可靠地封装到真空容器中，在月球上进行转移，转移到自身的返回系统中，整个过程和之前相比都是新的，都是有创新性的。

另外，从月球上采集的样品返回地球，必须要在月球上升，也就是月面点火起飞，这对我国航天发展来讲，是非常重要的一步，也是前所未有的。

月球轨道的交会对接和地球轨道也有很大不同。目标较小，月球较远，要求的自主能力就比较强，同时测控手段和支撑条件也有限，因此交会对接是要克服的难点，也是创新点。

从月球轨道回来，再入大气是以接近第二宇宙速度，这和以前的载人航天和再入任务比，速度快了很多，带来的热的影响、控制能力的影响、精度影响都很大，也需要重要突破。

胡浩表示，“五个首次”是这次嫦娥五号任务所面临的新挑战。实际上，对整个工程来讲，还不止这五个方面。为了带动航天技术的进步和发展，提升整体技术空间能力，设计了整个一套工程体系;首次使用长征五号作为发射平台，带动了运载火箭技术的发展;建立深空测控网，使深空测控能够达到全球布局，支撑整个任务完成。探月工程系统地带动了我国航天科技的整体发展。

探月工程四期和行星探测工程将接续实施

以嫦娥五号任务圆满成功为起点，我国探月工程四期和行星探测工程将接续实施。

明年是“十四五”规划的开局之年，国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华介绍了我国在“十四五”乃至今后一个时期中国航天将实施的重大工程任务。

围绕月球探测主题，基本规划确定探月工程四期，总共包括四次任务。第一次任务是嫦娥四号月球背面着陆巡视探测。第二次任务是嫦娥六号，将进一步优化论证工程目标和科学目标。规划当中还有嫦娥七号和八号任务。吴艳华表示，将以此为契机，与有关国家和国际组织合作，共同论证初步建设月球科研站的基本能力或者验证核心技术。

（来源：人民日报）

107台发动机助推嫦娥五号往返地月

11月24日，我国目前推力最大的长征五号遥五运载火箭，成功将嫦娥五号月球探测器送入地月转移轨道，开启了中国探月工程首次地月往返之旅。

漫漫征程中，中国航天科技集团六院研制的107台大小发动机将持续接力，助推嫦娥五号探月、返乡。

30台发动机助推长征五号飞天

中国探月工程，此前实施过5次发射，均由长征三号甲系列运载火箭完成。而发射嫦娥五号的重任，首次落在了长征五号运载火箭身上。

记者从六院了解到，长征五号遥五运载火箭配套了30台火箭发动机。其中，8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机及2台9吨级氢氧发动机，全部是我国新一代绿色环保发动机。

这三型发动机，均为六院研制团队历时近20年为我国新一代运载火箭研制的主动力装置。它们使长征五号火箭具备了名列前茅的运载能力。

在长征五号遥五运载火箭上，还有六院精心打造的辅助动力系统，它由18台性能不一的姿控发动机，以及配套的气瓶、阀门、管路和贮箱组成，是我国唯一涵盖增压气体装置、输送系统、推进剂贮存装置和推力室的独立、完整动力系统。该系统安装在火箭二级氧箱尾部，负责火箭二级发动机滑行阶段的推进剂沉底管理、姿态控制和星箭分离前的末速修正。

正是这30台发动机，支撑长征五号遥五运载火箭护送嫦娥五号探测器进入预定轨道，开启探月征程。

推进器研制实现“不可能”的任务

与我国以往探月任务不同，嫦娥五号既要落月探测，又要采样返回，任务更为复杂艰巨。

嫦娥五号探测器由着陆器、上升器、轨道器、返回器4部分组成。六院为著陆器、轨道器和上升器研制了三套推进系统，这是目前我国空间飞行器上最复杂的推进系统。

据六院专家介绍，这三套推进系统由77台大小不同、性能各异的轨姿控发动机组成。系统性能指标高、质量轻、推进剂使用效率高，既能经历严酷的温度环境，又能适应宽范围使用温度。由于系统复杂，对其可靠性也有着更高要求。

为了实现探月三期工程“回”的目标，探测器推进系统面临极为严苛的减重要求。六院团队在充分评估风险后，作出了着陆器用4台表面张力贮箱替代4台金属膜片贮箱方案的更改，并反复验证，完成了研制攻关，最终实现减重约26千克。

为了确保嫦娥五号能在月球平稳着陆，并从月球返回，六院为探测器量身定做了两款3台新型发动机。其中，轨道器上的1台3000牛发动机，将为地月转移、月地转移中途修正、近月制动、离月加速提供推力;上升器上的1台3000牛发动机，相当于1枚微缩版运载火箭，将为月面起飞提供推力;探测器月面软着陆任务，将由1台7500牛变推力发动机完成。

记者了解到，相比其他型号发动机组件，7500牛变推力发动机的流量调节器上，零件加工精度要求极高，公差达微米级，相当于1根头发的80分之一。仅1根流量调节锥上，就有8处公差为微米级的加工难点。这在行业内通常被认为是绝不可能完成的，航天工匠们却将这种不可能的任务完美实现。

（来源：科技日报）