看，那38萬公里外的中國(guó)紅
2020-12-05 21:38:12
來源：中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站 編輯：楊蕊
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12月4日，國(guó)家航天局公布探月工程嫦娥五號(hào)探測(cè)器在月球表面國(guó)旗展示的照片。這是繼嫦娥三號(hào)、四號(hào)任務(wù)后，五星紅旗又一次展現(xiàn)在月球表面，同時(shí)也是五星紅旗第一次月表動(dòng)態(tài)展示。這是嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體全景相機(jī)拍攝的五星紅旗在月面成功展開的畫面。（國(guó)家航天局供圖 國(guó)家天文臺(tái)提供技術(shù)支持）中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站 柴雅欣報(bào)道38萬公里外，一抹“中國(guó)紅”振奮人心。12月3日23點(diǎn)10分，嫦娥五號(hào)上升器月面點(diǎn)火，3000牛發(fā)動(dòng)機(jī)工作約6分鐘后，順利將攜帶月壤的上升器送入預(yù)定環(huán)月軌道，實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體起飛。起飛前，國(guó)旗展示系統(tǒng)成功在月面打開，這是中國(guó)首次在月球展示“織物版”五星紅旗。至此，嫦娥五號(hào)結(jié)束月面工作，踏上回鄉(xiāng)之路。在月面約48小時(shí)，嫦娥五號(hào)都做了什么？有哪些收獲？未來十余日，嫦娥五號(hào)載“土”歸來，還要勇闖幾道關(guān)？一面國(guó)旗，十年見證，正負(fù)150攝氏度溫差下仍保持本色每當(dāng)旭日東升，中華大地，五星紅旗迎風(fēng)招展。12月3日這天，有一面五星紅旗非同尋常，竟在月球上“紅”了一回。點(diǎn)火起飛前，嫦娥五號(hào)著陸器上升器組合體實(shí)現(xiàn)月面國(guó)旗展開，這是我國(guó)在月球表面首次實(shí)現(xiàn)國(guó)旗“獨(dú)立展示”�；貍饔跋耧@示，在陽(yáng)光照耀下，“中國(guó)紅”格外鮮艷。這是亮相月球的第一面“織物版”五星紅旗。2013年12月，嫦娥三號(hào)探月，嫦娥著陸器和玉兔月球車互相拍照，月球車“胸前”的五星紅旗格外奪目。不過，那時(shí)還是“噴涂版”。這一次，嫦娥五號(hào)這面“織物版”五星紅旗是一面真正的旗幟。五星紅旗能在月球上獨(dú)立展示，主要依靠月面國(guó)旗展示系統(tǒng)輔助。該系統(tǒng)由月面國(guó)旗、壓緊釋放裝置、展開機(jī)構(gòu)三部分組成，長(zhǎng)約半米。系統(tǒng)在折疊狀態(tài)下隨探測(cè)器升空，著陸月球后按照指令解鎖打開。宇宙中電磁輻射強(qiáng)，月表環(huán)境惡劣，溫差可達(dá)正負(fù)150攝氏度，這就決定了普通五星紅旗無法勝任。從2011年國(guó)旗展示系統(tǒng)開始預(yù)研立項(xiàng)到2020年成功實(shí)現(xiàn)“自拍”，其中凝聚著研制團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)達(dá)十年的智慧付出。一面旗不大，科技含量卻很高。如何確保五星紅旗展開時(shí)擁有足夠強(qiáng)度且保持平整？研制團(tuán)隊(duì)圍繞這一問題做了大量理論研究和模擬試驗(yàn)，單是選材就花了1年多時(shí)間�！拔覀兲暨x出二三十種纖維材料，通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等物理試驗(yàn)，最終采用一種新型復(fù)合材料，既滿足強(qiáng)度要求，又滿足染色性能要求，保證五星紅旗能抵御月表惡劣環(huán)境，做到不褪色、不串色、不變形。”五星紅旗展示系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人程昌說。重量也是要嚴(yán)格控制的指標(biāo)。國(guó)旗重量?jī)H12克，國(guó)旗展示系統(tǒng)重1公斤，研制團(tuán)隊(duì)圍繞系統(tǒng)減重問題下了大功夫，不僅材料要輕質(zhì)化，而且還對(duì)設(shè)備進(jìn)行“瘦身”。立項(xiàng)之初，研制團(tuán)隊(duì)先后論證過采用四級(jí)桿、三級(jí)桿和二級(jí)桿等方案，但考慮到復(fù)雜性和重量等原因，最終選擇使用二級(jí)桿的方式來呈現(xiàn)。“之所以采用桿系結(jié)構(gòu)方案，是因?yàn)樗诤教煜到y(tǒng)里算比較成熟的技術(shù)，包括衛(wèi)星、飛船等航天器的太陽(yáng)能電池帆板展開，使用的都是桿系結(jié)構(gòu)，其目的就是保證可靠性�！蔽逍羌t旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李云峰說。此外，研制團(tuán)隊(duì)還對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取耐高溫、抗嚴(yán)寒材料，使其在空間環(huán)境中能承受冷熱交變、空間輻照、極低真空等惡劣環(huán)境考驗(yàn)。嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體起飛，攜帶約2公斤月壤返回地球“‘打卡’完畢，著陸器再見，月球再見！”12月3日晚，嫦娥五號(hào)上升器“告別”著陸器，攜帶約2公斤月壤從月面起飛。不少航天人在朋友圈里轉(zhuǎn)發(fā)起飛視頻，不舍卻也充滿期待。嫦娥五號(hào)探測(cè)器是迄今為止我國(guó)研制的最復(fù)雜的航天器系統(tǒng)之一，由軌道器、返回器、著陸器、上升器組成。它們并非“各自為戰(zhàn)”，其中，著陸器和上升器組成“摘月戰(zhàn)隊(duì)”，共同開展月面工作；軌道器和返回器組成“返地戰(zhàn)隊(duì)”，負(fù)責(zé)帶月壤返回地球。連接器，脫落；發(fā)動(dòng)機(jī)，點(diǎn)火！瞬間，烈焰升騰，上升器垂直上升——月面采樣完畢，嫦娥五號(hào)收工回家。地面固定發(fā)射有一套完備的發(fā)射塔架系統(tǒng)，點(diǎn)火起飛位置、飛行軌道都經(jīng)過精確測(cè)算。與地面不同，月面環(huán)境復(fù)雜，沒有成熟的發(fā)射塔架系統(tǒng)，沒有平坦規(guī)整的起飛地，更沒有地面人員測(cè)調(diào)確認(rèn)，著陸器就相當(dāng)于上升器的“臨時(shí)塔架”，托舉上升器飛離月面。因重量限制等原因，著陸器會(huì)繼續(xù)留在月球。“起飛初始基準(zhǔn)與起飛平臺(tái)姿態(tài)不確定，發(fā)動(dòng)機(jī)羽流導(dǎo)流空間受限，地月環(huán)境存在差異等都是難題，好在嫦娥五號(hào)著陸時(shí)就選擇了相對(duì)平坦的地形，提早進(jìn)行準(zhǔn)備�！敝袊�(guó)航天科技集團(tuán)五院技術(shù)專家說。此外，由于月球上沒有導(dǎo)航星座，上升器起飛后，需在地面測(cè)控輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實(shí)現(xiàn)起飛時(shí)自主定位、定姿。嫦娥五號(hào)不是獨(dú)自戰(zhàn)斗，根據(jù)之前獲得的著陸器著陸時(shí)刻、上升器姿態(tài)和位置等數(shù)據(jù)，地面科研人員提前計(jì)算了起飛時(shí)間、姿態(tài)軌道調(diào)整等參數(shù)，并遠(yuǎn)程注入了嫦娥五號(hào)的最強(qiáng)大腦——制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)中央控制單元。到了預(yù)定的月面起飛時(shí)刻，主發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自行點(diǎn)火，嫦娥五號(hào)成為中國(guó)第一個(gè)在月面起飛的探測(cè)器。據(jù)介紹，在起飛后最初一小段距離，上升器不進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，之后迅速調(diào)整到豎直姿態(tài)并快速上升；達(dá)到一定高度后，在GNC系統(tǒng)的指揮下，以一定角度轉(zhuǎn)入軌道入射段。從月面起飛算起，經(jīng)過約6分鐘250公里的飛行后，上升器進(jìn)入交會(huì)對(duì)接初始軌道，與闊別數(shù)日的“返地戰(zhàn)隊(duì)”匯合，齊心協(xié)力把“土”特產(chǎn)帶回家。自動(dòng)采樣是嫦娥五號(hào)任務(wù)核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，綜合運(yùn)用兩種“挖土”模式從12月1日23點(diǎn)11分著陸月球，到12月3日23點(diǎn)10分從月面點(diǎn)火起飛，近48小時(shí)，時(shí)間不長(zhǎng)不短。月球上一晝夜相當(dāng)于地球上約27天，由于沒有大氣層保護(hù)，月球晝夜溫差極大。為避開極端寒冷環(huán)境，嫦娥五號(hào)必須在月球白天完成采樣和其他任務(wù)，保證在月球入夜前離開。工作地點(diǎn)不是隨機(jī)選擇的。嫦娥五號(hào)在月球上最大的月海——風(fēng)暴洋北部的呂姆克山脈附近降落并實(shí)施采樣。過去，沒有人類或是探測(cè)器到訪此處。40多年前，美國(guó)阿波羅計(jì)劃和前蘇聯(lián)探測(cè)器采集的月球樣本大多是形成于30到40億年前的巖石，而根據(jù)目前研究成果，嫦娥五號(hào)采樣區(qū)域地質(zhì)年代較短，巖石更“年輕”。“嫦娥五號(hào)在月球表面的著陸區(qū)是月球最值得探索的區(qū)域之一，研究這個(gè)區(qū)域可以幫助科研人員確認(rèn)10億至20億年前月球是否仍處于活火山狀態(tài)�！泵绹�(guó)布朗大學(xué)地質(zhì)科學(xué)教授詹姆斯·黑德說。自動(dòng)采樣是任務(wù)關(guān)鍵。12月2日22點(diǎn)，經(jīng)過約19小時(shí)月面工作，嫦娥五號(hào)探測(cè)器順利完成月球表面自動(dòng)采樣，并按預(yù)定形式將樣品封裝保存在貯存裝置中。表鉆結(jié)合，多點(diǎn)采樣。如何在月球采集到盡可能多的月壤樣本，并且封裝好，是嫦娥五號(hào)的研制重點(diǎn)。經(jīng)過嚴(yán)苛的論證，專家決定采取兩種“挖土”模式，分別是鉆具鉆取和機(jī)械臂表取。“鉆取就是通過空心鉆桿的取芯機(jī)構(gòu)，鉆到月球表面兩米以下處，得到深層樣品的層理信息。表取就是采用機(jī)械臂末端固定鏟挖型采樣器，進(jìn)行表層和次表層月壤采集，多點(diǎn)、多次采樣。”中國(guó)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)師彭兢說。除了采樣，嫦娥五號(hào)探測(cè)器還配置了降落相機(jī)、全景相機(jī)、月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀、月球礦物光譜分析儀等多種有效載荷，能夠在月表形貌及礦物組分探測(cè)與研究、月球淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)等科學(xué)探測(cè)任務(wù)中發(fā)揮重要作用。首次月面采樣面臨諸多困難。首先，采樣裝置是全新研制的，技術(shù)新、難度大，且采樣任務(wù)時(shí)序緊張、機(jī)構(gòu)動(dòng)作多、不確定因素多。月面白天溫度超過100攝氏度，嫦娥五號(hào)經(jīng)受住了高溫考驗(yàn)，克服了測(cè)控、光照、電源等方面的條件約束，依托全新研制的地外天體樣品采集機(jī)構(gòu)，順利完成多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣任務(wù)。萬千準(zhǔn)備確保萬無一失。嫦娥五號(hào)探測(cè)器研制團(tuán)隊(duì)不僅對(duì)月面采樣過程進(jìn)行了聯(lián)合設(shè)計(jì)分析，確定了先鉆后表、器地協(xié)同的工作程序，以及器上操作、地面測(cè)控和地面物理驗(yàn)證三位一體的飛控模式，而且還設(shè)計(jì)了遙控工作、預(yù)編程工作和半自主工作三種工作模式，確保采樣過程的可靠性。采樣過程可靠，“打包”封裝也不能馬虎。相比月面極高真空環(huán)境，地球大氣中不僅有氣體成分，還飄浮著各種固體顆粒，如果月球樣品接觸這些物質(zhì)后被污染，科研價(jià)值將大打折扣。據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院研制專家介紹，封裝用的“小罐罐”內(nèi)外分層，便于鉆取和表取的月壤分開保存。鉆取月壤放在夾層的軟袋子里，表取月壤放在內(nèi)膽里。針對(duì)月球極高真空、高低溫環(huán)境和月塵干擾，密封封裝采用了橡膠圈和金屬擠壓相結(jié)合的方式。特別是金屬擠壓，對(duì)合金金屬硬度、混合比例有極高要求。為此，月球樣品密封封裝子系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)花了幾年時(shí)間，做了大量實(shí)驗(yàn)，就是為了保護(hù)樣品既不發(fā)生物理變化，也不發(fā)生化學(xué)變化，把純天然、無污染的月壤帶回地球。交會(huì)對(duì)接挑戰(zhàn)大，茫茫天空實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)“牽手”“摘月戰(zhàn)隊(duì)”在月球上忙活，另一邊，“返地戰(zhàn)隊(duì)”也沒閑著，它們已經(jīng)做了幾次變軌，調(diào)整軌道相位，做好了迎接上升器的準(zhǔn)備。從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開始，通過遠(yuǎn)程導(dǎo)引和近程導(dǎo)引技術(shù)，上升器與“返地戰(zhàn)隊(duì)”逐步完成交會(huì)對(duì)接，上升器中存放的月球樣品通過軌道器轉(zhuǎn)移到返回器中。要從月球回到地球，嫦娥五號(hào)在月球軌道的交會(huì)對(duì)接很關(guān)鍵。這是一個(gè)驚心動(dòng)魄的時(shí)刻。據(jù)彭兢介紹，嫦娥五號(hào)采取自動(dòng)交會(huì)對(duì)接的方式，面臨的挑戰(zhàn)之一是引力環(huán)境。雖然我國(guó)已掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)，載人航天工程也曾進(jìn)行過多次交會(huì)對(duì)接，但以往神舟飛船、天宮一號(hào)等交會(huì)對(duì)接是在距地球400公里左右的地球軌道上進(jìn)行的，而嫦娥五號(hào)探測(cè)器在距地球38萬公里的月球軌道上交會(huì)對(duì)接，屬我國(guó)首次。航天器面臨的引力環(huán)境大有不同，研制人員下了大力氣攻關(guān)克服。兩個(gè)航天器交會(huì)對(duì)接，好比在浩瀚太空中“穿針引線”，對(duì)控制精度要求極高。據(jù)介紹，此次交會(huì)對(duì)接沒有采取“觸碰式”對(duì)接，而是采用“摟緊”方式，類似雙臂拉住對(duì)方隨后收緊。這種方式對(duì)精度要求也極高，達(dá)到厘米級(jí)。“兩個(gè)航天器的相對(duì)位置要控制在誤差不能超過5厘米的精度范圍。除了月球引力環(huán)境的影響以外，交會(huì)對(duì)接中，由于兩個(gè)航天器的重量差異大，一旦速度控制出現(xiàn)偏差，也會(huì)造成兩器相撞從而導(dǎo)致對(duì)接的失敗。為此，研制人員量身打造了一套全新的對(duì)接機(jī)構(gòu)。”彭兢說。此外，由于無法在萬里外借助導(dǎo)航衛(wèi)星幫助，嫦娥五號(hào)只能自力更生，月球軌道測(cè)控精度、月球軌道敏感器交互、輕小型航天器對(duì)接等技術(shù)均取得突破。等待月地入射窗口，軌道器和返回器分離，返回器重新投入地球懷抱距離回家，嫦娥五號(hào)還要經(jīng)歷幾個(gè)關(guān)口？當(dāng)返回器“吞入”樣品、扣上蓋子，軌返組合體就可以與上升器分離，踏上回家之路了。首先是環(huán)月等待，嫦娥五號(hào)軌返組合體從對(duì)接艙分離并進(jìn)入月地入射點(diǎn)，在環(huán)月等待段飛行過程中進(jìn)行1次軌道維持，等待月地入射窗口的到來，全力以赴做好返地準(zhǔn)備。接下來是月地轉(zhuǎn)移階段。當(dāng)嫦娥五號(hào)軌道器攜返回器由月球向地球呼嘯而來，在預(yù)定時(shí)機(jī)加速進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道，經(jīng)歷多次中途修正后，在接近地球大約5000公里高度時(shí)將返回器釋放。最后一步是再入回收。嫦娥五號(hào)返回器與軌道器分離后，軌道器進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)，返回器則要經(jīng)歷慣性滑行、地球大氣再入、回收著陸三個(gè)階段完成最后的降落。返回器首先以每秒約11公里的第二宇宙速度沖向地球，在進(jìn)入地球大氣層后，通過半彈道跳躍式再入返回技術(shù)重新跳出大氣層，再以第一宇宙速度進(jìn)行降落。距離地面10公里高度時(shí)，返回器將打開降落傘，著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定著陸區(qū)域，地面搜索回收力量預(yù)計(jì)在兩天內(nèi)完成回收任務(wù)。為什么要在進(jìn)入地球大氣后跳出去，再重新跳進(jìn)大氣層呢？不能“一步到位”嗎？返回器沖向地球的第二宇宙速度，是能夠脫離地球引力場(chǎng)束縛的最小速度，但也比從近地軌道返回地面的神舟載人飛船返回艙要快得多。為解決速度這個(gè)問題，科技人員設(shè)計(jì)了半彈道跳躍式返回辦法，相當(dāng)于在太空“打水漂”。返回器進(jìn)入地球大氣層，減速后將再次跳出大氣層并第二次進(jìn)入大氣層。返回器再入地球大氣層的速度將從十幾公里每秒，降低到七公里多每秒，從而安全落地。從嫦娥一號(hào)拍攝的全月球影像圖，到嫦娥二號(hào)成功獲取月球虹灣局部地區(qū)1米分辨率影像圖，再到嫦娥三號(hào)成功實(shí)現(xiàn)落月夢(mèng)想、嫦娥四號(hào)實(shí)現(xiàn)人類探測(cè)器首次月背軟著陸揭開月球背面神秘面紗……嫦娥一路向月行。這一次，作為我國(guó)無人月球探測(cè)的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號(hào)不僅向月行，還要向地歸。嫦娥五號(hào)從11月24日發(fā)射到完成地面回收，整個(gè)過程預(yù)計(jì)歷時(shí)23天左右。在冬至前后的深夜，它將滿載而歸，落在內(nèi)蒙古四子王旗著陸點(diǎn)。
