嫦娥五号

编辑讨论19上传视频嫦娥五号(Chang’e 5),由中国空间技术研究院研制,是中国探月工程三期发射的月球探测器,也将是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器,为中国探月工程的收官之战。 [1-3]2020年11月24日4时30分,中国在中国文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,顺利将探测器送入预定轨道 [4] 。11月24日22时06分,嫦娥五号顺利完成第一次轨道修正 [5] 。11月25日22时06分,嫦娥五号完成第二次轨道修正 [6] 。11月28日20时58分,嫦娥五号顺利进入环月轨道飞行 [7] 。11月29日20时23分,嫦娥五号从椭圆环月轨道变为近圆形环月轨道 [8] 。11月30日4时40分,嫦娥五号合体顺利分离 [9] 。12月1日23时,嫦娥五号成功在月球正面预选着陆区着陆 [10] 。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 [11] 。12月2日22时,嫦娥五号完成月面自动采样封装 [12] 。12月3日23时10分,嫦娥五号上升器将携带样品的上升器送入到预定环月轨道。 [13] 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 [14] 。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 [15] 。12月8日6时59分,嫦娥五号上升器受控离轨,7时30分左右降落在预定落点 [16] 。嫦娥五号任务是“探月工程”的第六次任务,也是中国航天迄今为止最复杂、难度最大的任务之一,将实现中国首次月球无人采样返回,助力深化月球成因和演化历史等科学研究 [17] 。

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图片[1]-嫦娥五号 - 如意工业网(Rueee.com)-如意工业网(Rueee.com)

宜浪漫2020-12-08 19:21选一部与月球相关的电影,躺在沙发上也可以赏月。想见识一下人类电影史对于月球的古早想象?不妨看看乔治·梅里爱的《月球旅行记》。…详情内容来自中文名嫦娥五号外文名Chang’e 5所属国家中国 [3]研制单位中国空间技术研究院 [18]发射火箭长征五号遥五运载火箭发射时间2020年11月24日4时30分发射地点中国文昌航天发射场总设计师叶培建杨孟飞 [19-20]登陆地点吕姆克山脉 [21]

目录

  1. 研制历程
  2. 研制单位
  3. 任务目标
  4. 系统组成
  1. ▪ 探测器系统
  2. ▪ 火箭系统
  3. 运行历程
  4. ▪ 发射入轨
  5. ▪ 太空运行
  1. 技术难题
  2. 价值意义

研制历程

编辑2009年,在探月二期工程实施的同时,为衔接探月工程一、二期,兼顾中国未来载人登月和深空探测发展,中国正式启动了探月三期工程的方案论证和预先研究。2011年,探月三期工程正式立项,任务目标是实现月面无人采样返回。工程规划了2次正式任务和1次飞行试验任务,分别命名为嫦娥五号、嫦娥六号和嫦娥五号高速再入返回试验 [22] 。其中,嫦娥五号规划为中国首个实施月面取样返回的航天器 [20][23] 。2014年10月24日,探月工程三期再入返回飞行试验器由长征三号丙运载火箭发射升空,准确进入地月转移轨道 [24] 。2014年11月1日,服务舱与返回器分离,随后返回器顺利着陆,试验任务取得圆满成功。服务舱拉升轨道,继续开展拓展试验,先后完成了远地点54万公里近地点600公里大椭圆轨道拓展试验和环绕地月L2点探测、返回月球、嫦娥五号调相机动模拟试验等任务 [20] 。2015年2月,中国国防科技工业局宣布,探月工程三期再入返回飞行器服务舱为嫦娥五号任务开展在轨验证,已完成调相试验,模拟嫦娥五号着陆器月面采样期间,轨道器的飞行控制过程,验证轨道设计、飞控时序、轨道精度等相关技术项目,为月球轨道交会对接创造良好条件 [25] 。2015年3月,时任嫦娥五号总设计师、总指挥顾问的叶培建院士表示,嫦娥五号将于2017年前后发射,实现月球取样并返回地球,后推迟 [20] 。2016年11月3日20点40分,长征五号在海南文昌航天发射场顺利升空,为发射我国第一颗执行月球取样返回任务的嫦娥五号奠定了基础 [26] 。2017年1月,嫦娥五号探测器着陆器推进子系统正样热试车取得成功,这标志着嫦娥五号着陆器推进子系统热试车收官。这也是嫦娥五号研制进程中非常关键的一步 [24] 。2019年1月14日,国家航天局宣布,嫦娥五号月面采样返回任务将于2019年年底左右实施,后推迟 [27] 。2020年9月,中国探月工程副总设计师于登云透露,嫦娥五号将于2020年底前发射,实现月球区域软着陆及采样返回 [22] 。2020年11月17日,长征五号遥五运载火箭和嫦娥五号探测器在中国文昌航天发射场完成技术区总装测试工作后,垂直转运至发射区,计划于2020年11月下旬择机实施发射 [28] 。2020年11月23日18时30分许,长征五号遥五运载火箭开始加注液氧液氢低温推进剂,计划于24日凌晨4时至5时择机实施发射任务 [29] 。2020年12月4日,旗开月表,五星闪耀。国家航天局公布了探月工程嫦娥五号探测器在月球表面国旗展示的照片。这是继嫦娥三号、四号任务后,五星红旗又一次展现在月球表面,同时也是五星红旗第一次月表动态展示。 [30]

图片[2]-嫦娥五号 - 如意工业网(Rueee.com)-如意工业网(Rueee.com)
图片[3]-嫦娥五号 - 如意工业网(Rueee.com)-如意工业网(Rueee.com)

国家航天局公布嫦娥五号月表国旗展示照片嫦娥五号任务示意图

研制单位

编辑嫦娥五号任务由国家航天局组织实施,具体由工程总体和探测器、运载火箭、发射场、测控与回收、地面应用等五大系统组成。国家航天局探月与航天工程中心为工程总体单位,中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制运载火箭系统、中国空间技术研究院抓总研制探测器系统。中国卫星发射测控系统部负责组织实施发射、测控与回收。中国科学院国家天文台抓总研制地面应用系统,负责科学数据和样品的接收、处理、存储管理等工作 [4] 。

任务目标

编辑和前几次探月任务相比,嫦娥五号任务最重要的目标就是“采样返回”。这也是中国“探月工程”规划的“绕、落、回”中的第三步。具体的工程目标是三个方面:一是突破跟采样返回相关的新的一些关键技术。二是实现地外天体的自动采样返回。三是进一步完善探月工程体系,为载人登月和深空探测奠定一定的人才、技术和物质基础 [17] 。

系统组成

编辑

探测器系统

嫦娥五号探测器总重8.2吨 [31] ,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成,后续在经历地月转移、近月制动、环月飞行后,着陆器和上升器组合体将与轨道器和返回器组合体分离,轨道器携带返回器留轨运行,着陆器承载上升器择机实施月球正面预选区域软着陆,按计划开展月面自动采样等后续工作 [4] 。

火箭系统

嫦娥五号的发射任务由长征五号遥五运载火箭承担 [32] ,此次发射任务是中国新一代大推力低温液体运载火箭–长征五号系列运载火箭的第六次发射,也是2020年第三次执行发射任务。此前,长征五号B遥一火箭成功首飞;长征五号遥四火箭成功发射了“天问一号”火星探测器 [33] 。

运行历程

编辑

发射入轨

2020年11月24日4时30分,长征五号遥五运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空 [32] ,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道 [4] 。

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长征五号遥五运载火箭将嫦娥五号探测器发射升空

太空运行

  • 轨道修正

2020年11月24日22时06分,嫦娥五号探测器3000N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。本次嫦娥五号任务发射入轨精度较高,轨道修正量很小。截至第一次轨道修正前,嫦娥五号探测器各系统状态良好,已在轨飞行约17个小时,距离地球约16万公里 [5] 。2020年11月25日22时06分,嫦娥五号探测器两台150N发动机工作6秒钟,顺利完成第二次轨道修正。截至第二次轨道修正,嫦娥五号探测器已在轨飞行约41小时,距离地球约27万公里,探测器各系统状态良好,地面测控通信各中心和台站跟踪正常[6] 。

  • 近月制动

嫦娥五号近月制动示意图2020年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,顺利进入环月轨道[7] 。2020年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 [8] 。

  • 组合分离

2020年11月30日4时40分,在科技人员精确控制下,嫦娥五号探测器组合体顺利分离,将择机实施月面软着陆 [9] 。

  • 月面着陆

月面起飞瞬间2020年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15千米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1.7千米/秒降为零。期间,嫦娥五号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。12月1日23时11分,嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度的吕姆克山脉以北地区,并传回着陆影像图 [34] 。

  • 采样工作

2020年12月2日4时53分,探月工程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 [11] 。2020年12月2日22时,经过约19小时月面工作,探月工程嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样,并已按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中。采样和封装过程中,科技人员在地面实验室根据探测器传回数据,仿真采样区地理模型并全程模拟采样,为采样决策和各环节操作提供了重要依据。着陆器配置的月壤结构探测仪等有效载荷正常工作,按计划开展科学探测,并给予采样信息支持 [12] 。

  • 月面起飞

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。 [13]

  • 交会对接

2020年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。这是中国首次实现月球轨道交会对接 [14] 。

  • 成功分离

2020年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 [15]

  • 受控落月

2020年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 [16] 。

技术难题

编辑嫦娥五号主要面对取样、上升、对接和高速再入等四个主要技术难题。同时,嫦娥五号的系统设计面临五大挑战。第一是“分离面多”。相较于神舟飞船和“嫦娥三号”均只有两个部分需要分离,即两个分离面,“嫦娥五号”有5个分离面,分别是轨道器和着陆器组合体、着陆器和上升器组合体、轨道器和返回器组合体、轨道器和支撑舱及轨道器与对接支架。这些分离面都必须“一次性成功”。第二是“模式复杂”。探测器需要经历多个飞行阶段,还需要完成月面采样、月面起飞上升、月球轨道交会对接和样品转移、地球大气高速再入返回着陆等关键环节,并且设计约束多。其中,上升器与轨道器需要在距离地球38万千米的月球轨道上完成对接,在这里无法借助卫星导航的帮助,需要依靠探测器自身实现交会对接。第三是“细节严酷”。为获取月壤样品,“嫦娥五号”无人采样器将通过采样钻头深入月球内部和采样机械臂月球表面采样两种方法,再把样品转移到上升器,由上升器与轨道器对接,最终把样品转移到返回器,整个环节必须分毫不差。第四是“温度控制”。月球表面白天温度约零上180摄氏度,夜间零下150摄氏度,昼夜温差约330摄氏度。另外上升器发动机点火瞬间达到上千摄氏度,如何避免烧毁上升器和着陆器,对研制团队提出挑战。第五是“瘦身压力”。运载火箭的运载能力对嫦娥五号探测器的重量有严格的约束,一方面要尽可能对分系统进行“瘦身”,另一方面,因为备份产品较少,必须确保质量可靠 [35] 。

价值意义

编辑2020年11月24日,搭载着“嫦娥五号”探测器的长征五号火箭发射成功,标志着中国“探月工程”第三步拉开序幕。嫦娥五号任务是“探月工程”的第六次任务,也是中国航天迄今为止最复杂、难度最大的任务之一,将实现中国首次月球无人采样返回,助力深化月球成因和演化历史等科学研究 [17] 。(央广网 评)嫦娥五号执行此次任务有着非常重要的意义。这次任务有望实现我国开展航天活动以来的四个“首次”:首次在月球表面自动采样;首次从月面起飞;首次在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接;首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球 [24] 。(央视新闻 评)

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