“嫦娥”回家從月亮上起飛

  古有嫦娥奔月傳說，今有“嫦娥”回家直播。順利完成月球上的科學任務之后，嫦娥五號要回家了。

12月3日23時許，嫦娥五號上升器在月面點火起飛，攜帶著精心“打包”的月壤奔向環月飛行軌道，踏上了返回地球的征程。漫漫歸途中，還有一場驚心動魄的月球軌道空間交會對接考驗著嫦娥五號。

起飛離月宮 載人不是夢

嫦娥五號回家之旅順利開啟，標志著中國首次地外天體起飛的成功。

與奔月時借助長征五號運載火箭的力量不同，嫦娥五號在月面起飛面臨著諸多考驗和不確定因素。專家介紹，由于不具備成熟的發射塔架系統，上升器在月面起飛時，只能依靠在月球上“協同作戰”的著陸器作為“臨時塔架”；起飛過程中，由于月面環境復雜，上升器的起飛初始基準與起飛平臺姿態不確定，還面臨著發動機羽流導流空間受限、地月環境存在差異等問題；上升器起飛后，由于月球上沒有導航星座，需在地面測控輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實現自主定位、定姿。

時間窗口同樣分秒必爭。從12月1日著陸到12月3日飛離，嫦娥五號必須在月球白天的48小時內完成采樣封裝等科學任務，并在月球入夜、進入極端寒冷環境前離開月面。

因此，此次地外天體起飛的順利實現，不僅跨越了嫦娥五號探月的一大難關，對于走向深空的中國航天而言意義更為深遠。

中國航天科技集團黨組書記、董事長吳燕生表示，嫦娥五號實現地外天體起飛，標志著中國首次掌握了地外天體起飛技術。中國人獨立自主完成載人登月、建立月球空間站，甚至走向更為深遠的太空將不再是夢。

在上升器點火返回前，嫦娥五號還準備了一個驚喜——著陸器在月面成功展示了一面“織物版”國旗，這是中國在月球表面首次實現國旗的“獨立展示”。這并不是五星紅旗第一次在月球出現，但這是一次獨特和令人振奮的亮相。

2013年12月，嫦娥三號著陸器與玉兔號月球車成功互拍，讓中國國旗首次出現在月球上；2018年12月，嫦娥四號探測器將耀眼的“中國紅”帶到了月球背面。與此前兩次通過噴涂的方式展現國旗不同，嫦娥五號展示的五星紅旗是一面真正的“旗幟”。

據了解，為了讓國旗在月球極端惡劣的氣候等環境條件下順利亮相，相關研制團隊用了超過1年的時間進行選材，最終選用了某新型復合材料。為了讓國旗平整展示、讓呈現效果更好、照片元素更豐富，科研團隊采用了卷軸展開的形式，并將國旗尺寸定為2000毫米×900毫米。

著陸處女地 采得月壤歸

在此次整裝出發之前，嫦娥五號已在月球忙碌了近19個小時，實現了月面著陸和自動采樣封裝兩大“壯舉”。

嫦娥三號和嫦娥四號的登月經驗，為嫦娥五號的月面著陸奠定了基礎。與之相比，由于涉及月面采樣和起飛，嫦娥五號的對于著陸位置的精度和平整度有更嚴苛的要求。為了實現“選址正確、落得準確”，嫦娥五號采用了嫦娥三號和四號驗證過的“粗精接力避障”方式，在制導導航與控制（GNC）系統的指揮下穩穩降落。

與嫦娥三號相比，嫦娥五號任務的著陸緩沖能力要求提高了30%，但著陸緩沖機構重量指標減少了5%，這對嫦娥五號的減重設計提出了極高要求。為此，在嫦娥三號和四號的基礎上，嫦娥五號的四條“腿”（著陸緩沖機構）實現了強化升級，具備完全自主知識產權的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證收攏簡單、展開可靠。

嫦娥五號即將帶回的2千克月壤“紀念品”，取自于月球風暴洋地區，這里是人類探測器從來沒有造訪過的處女地。專家表示，月壤蘊藏著巨大的科學研究價值，不僅涉及月球本身，還包含太陽系空間的物質和能量等重要信息。通過對月壤的研究，可以提供月球資源開發利用的重要信息，并為未來月球基地的選址提供科學依據。

作為時隔44年之后再度奔月取土的人類航天器，嫦娥五號為何選擇在風暴洋地區采樣“取土”？

從歷史來看，上世紀六七十年代，美國和蘇聯先后實現了月球采樣返回。美國通過6次登月計劃，帶回380多千克的月壤和月巖樣品；蘇聯則在3次探月過程中采集了300余克樣品。美蘇月壤樣品采集地歷史更老，而嫦娥五號降落區域形成的地質年代較短，約為37億年。如果嫦娥五號能夠帶回迄今為止最年輕的月壤樣品，將有望在月球火山活動和演化歷史研究等方面取得原創性的科學成果。

為此，嫦娥五號在挖土過程中“手腳并用”，用“表取”和“鉆取”結合的方式，既抓取了月球表面的月壤，又鉆取了月表以下兩米左右位置的月壤。專家表示，此舉能夠更加原汁原味地保留月表以下兩米的月壤構造情況，讓科學家們能夠更加清楚地了解到月壤的構造和分布以及每一層的特征。

雖然嫦娥五號尚未“到家”，但月壤樣品已“炙手可熱”。不少國外科學家和航天機構提出，希望利用中國獲得的月球樣品開展研究。

交會對接后 嫦娥瀟灑回

嫦娥五號從月面起飛，僅僅是重返地球的第一步。上升器經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入3個階段進入預定環月軌道后，將與軌返組合體（軌道器和返回器）交會對接，把采集到的月壤轉移到返回器中。

在38萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接，這在人類航天史上尚屬首次。此前蘇聯實施過3次無人月球采樣任務，均是從月面起飛后直接返回地球。

從2011年至今，中國載人航天工程完成了多次交會對接任務，空間自主交會對接技術已經成熟。但此前的對接任務都是在地球軌道上完成的，有充足的地面站與人造衛星資源提供精準的測距、定位、導航服務。在月球軌道上實現“穿針引線”般的交會對接，可謂前無古人、挑戰重重。

據專家介紹，上升器和軌返組合體交會時，兩個航天器的相對位置誤差不能超過5厘米。上升器重量為三四百千克，軌返組合體則重達近2000千克，如果采取碰撞式對接，一旦控制不好，重量和體積小一號的上升器就有被撞飛的風險。為此，科研人員設計了兩個航天器在相對速度為零的狀態下“摟緊”對接的方案，類似雙臂拉住對方隨后收緊。這對航天器的姿態、測控精度等提出了更高要求。