美国俄罗斯都未曾尝试：中国嫦娥五号成功发射，将挑战四大难题

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北京时间2020年11月24日4时30分，我国在中国文昌航天发射场用长征5号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，火箭经过2000多秒的飞行顺利将探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样的返回之旅。

而随着星箭分离成功，这也标志着长征五号遥五运载火箭圆满地完成了它的使命，我国最长的运载火箭再次用成功证明了自己。

据航天科技集团一院长征五号运载火箭总指挥王珏介绍，在此次嫦娥五号探测器的发射过程中，一共有2200多个动作准确无误，实现了发射前所确定的准时发射、精准入轨的目标，为嫦娥五号的后续探月之旅开了一个很好的头。

此次嫦娥五号主要“探测”什么

嫦娥五号是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器，它由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成，总重量达到了8.2吨，是我国迄今为止最大、最终、结构最为复杂的探测器。

作为我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的收官之作，嫦娥五号探测器堪称我国航天领域迄今工程最复杂、难度最大的一次航天任务，注定成为了我国航天史上新的里程碑。

从任务情况来看，此次嫦娥五号探测器计划在月球表面采集月球土壤（简称“月壤”），并实现我国首次月面采样自动返，而整个任务过程一共分为11个阶段，包括突破月面自动采样封装、月面起飞、月球轨道交会对接等关键技术，并开展月球样本相关的科学研究，构建起我国完整的月球探测体系，也是为我国走向更远的深空探测打下重要的基础。

提采集月壤，早在44年前的1976年8月9日，前苏联在最后一次的月球采集计划中通过月球24号无人探测器带回了约170克月球土壤和月岩样本，至此前苏联一共只有3次成功带回了月壤等样本，总重量约为300颗。而美国在1969年至1972年的三年时间里通过7次载人登月任务，一共带回了381.7公斤的月球土壤和月岩样品。

而此次，嫦娥五号前往月球“吃土”，预计将采取4公斤的月壤样品，届时中国将通过一次月壤采集就成为世界上拥有月壤第二多的国家，排在排在俄罗斯之前美国之后。

嫦娥五号着陆了如何返回？

上文中讲到，嫦娥五号由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成，当探测器整体进入月球轨道后，由着陆器携带上升器一起降落到月球表面，而返回器和轨道器则继续在月球轨道“等待”。

当着陆器所所携带的采样设备完成月面采样、样品封装等相关操作后，随上升器返回月球轨道并与返回器交会对接最终返回地面。可以想象得出，要完成着陆、上升、返回这一系列动作，其难度是非常大的。

而随着嫦娥五号相关科学任务的开展，这也将构建起我国完整的月球探测体系，为我国走向更远的深空探测打下重要的基础。

四大挑战贯穿始末

嫦娥五号被称为中国航天单次任务最复杂的一次工程，主要体现在以下四个方面。

其一，月球表面是“凹凸”不平，并且经过漫长的风化表层灰尘很厚（美国宇航员曾讲述：“月球很脏灰尘很多，差点被永远留在月球上”），这就为着陆器降落到月球表面带来很大的不便，并且着陆器的下降本身就存在一定的误差，因此着陆器必须要实时调整自身状态，寻找合适的着陆点着陆，并向上升器提供准确的定位信息。

其二，月球是地球的天然卫星，与地球的平均距离约38.44万公里，由于距离地球十分遥远，因此月球表面为超高真空，并且因为没有大气层的保温效应，从而导致月昼时表面最高温度可达160℃，而到了月夜没有阳光照射时温度则降至-180℃，昼夜温差将为330度。

月球表面极高的昼夜温差本身就对着陆器和上升器带来严峻的考验，而上升器的主要推动燃料为液氧液氢，发动机在点火时尾焰温度高达数千摄氏度，而上升器不像地面发射场那样建在水池上可通过蒸发水来达到吸收热量的作用，因此嫦娥五号所用的材料必须达到最严格的要求。

其三，就是解决“太空打水漂”（学名半弹道跳跃式飞行）这个问题了。我们都知道，月球质量大约是地球的1/81，引力也只有地球的1/6，其逃逸速度为每秒2.4公里。而地球的逃逸速度为每秒7.9公里，也就是第一宇宙速度。

探测器由地球轨道进入月球轨道，探测器飞行速度要超过第一宇宙速度，然后慢慢刹车才能向月球轨道转移，其速度不断降低。而完成月壤样本采集任务后，要想成功返回地面，就必须经过月面到月球轨道、月球轨道到地球轨道、地球轨道到地面的几大环节，而探测器由月球轨道向地球轨道转移的过程中速度会越来越快，再返回大气层时的速度已接近每秒11.2公里（第二宇宙速度）。

而探测器以接近第二宇宙速度的再入大气层，并且还要在此期间保护好所采集到的样本安全，这些都将对探测器的返回带来诸多列前所未有的挑战。

其四，探测器在月轨道无人对接也是人类探月史上从未有过的尝试。由于此次嫦娥五号探测器要完成的无人交会对接在距地约38万公里的月球轨道上进行，没有手工修正全靠遥控指挥，所有功能只能通过探测器自主完成，这也就意味着在地面点火发射之前，所有可能会遇到的问题都需要有行之有效的解决方案并写入探测器“大脑”里。

虽然美国在1961年到1972年组织实施了阿波罗计划，并且通过阿波罗号实现了在月球轨道交会对接，但这是在人工辅助的基础上完成的，而嫦娥五号探测器是通过难度更大的无人交会对接，说是一次无人版的小型阿波罗载人登月也不为过。

总结

嫦娥五号总重为8.2吨，它将在探月工程三期中完成我国首次月面取样返回任务，预计采回月壤和月岩共计4公斤，届时我国将成为世界上拥有月壤第二多的国家，并且在此次的探测过程中实现了多项技术上的突破，为我国包括火星在内的更远的深空探测打下坚实的基础。

从我国首颗人造地球卫星东方红成功发射升空，到“天问一号”火星探测器向火星进发，几十年来我国的航天科技工作者不畏艰险迎难而上，不仅打破了国外的技术封锁实现了自主式的跨越，而且成为当今世界少有的航天大国。

作为我国探月工程“绕、落、回”的收官之战，嫦娥五号的成功发射，不是中国航天的终点，而是新征程的起点，随着我国探月工程向纵深领域开展，未来在月球上建科考站、开发利用月球资源都是迟早的事。

如今随着世界各国竞争的加强，无论是中国还是美国，载人登月都不会是太空探索的终点，而月球很可能是人类远征火星等地外星体的“中转站”。