带着月球土特产 嫦娥五号起飞回家

带着月球土特产 嫦娥五号起飞回家

成功实现我国首次地外天体起飞 上升器已进入预定环月飞行轨道

这是12月3日，在北京航天飞行控制中心拍摄的嫦娥五号上升器起飞瞬间。新华社发

12月2日，嫦娥五号探测器在月球表面自动采样。新华社发

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。记者从国家航天局获悉，12月3日23时10分，嫦娥五号上升器月面点火，3000牛发动机工作约6分钟后，顺利将携带月壤的上升器送入到预定环月轨道，成功实现我国首次地外天体起飞。

专家介绍，与地面起飞不同，嫦娥五号上升器月面起飞不具备成熟的发射塔架系统，着陆器相当于上升器的“临时塔架”，上升器起飞存在起飞初始基准与起飞平台姿态不确定、发动机羽流导流空间受限、地月环境差异等问题；此外，由于月球上没有导航星座，上升器起飞后，需在地面测控辅助下，借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿。

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。此次国旗展开是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”，根据回传影像显示，五星红旗在阳光照耀下，“中国红”格外鲜艳。

点火起飞后，上升器经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段，进入预定环月飞行轨道。随后，上升器将与环月等待的轨返组合体交会对接，将月球样品转移到返回器，后者将等待合适的月地入射窗口，做好返回地球的准备。

“挖土”效率高

嫦娥五号提前完成采样任务

据国家航天局探月与航天工程中心研究员任俊杰介绍，整个月面采样过程比预期的要顺利，提前完成了采样任务。

自动采样是嫦娥五号任务的核心关键环节之一，探测器经受住超过100摄氏度的月面高温考验，克服了测控、光照、电源等方面的条件约束，依托全新研制的地外天体样品采集机构，通过机械臂表取和钻具钻取两种方式分别采集月球样品，实现了多点、多样化自动采样。

其中，钻具钻取了月面下的月壤样品，机械臂则在末端采样器支持下，在月表开展多种采样。为确保月球样品在返回地球过程中，保持真空密闭以及不受外界环境影响，探测器在月面对样品进行了密封封装。

那么，具体操作情况是怎样的呢？对此，航天科技集团五院嫦娥五号探测器总体副主任设计师朱舜杰表示：表取原计划是要做15次采样，但因实际的工作过程中确实比较顺利，每次采集到的“土”都比较多，所以在采集完12次后，我们就发现初级封装容器的罐子已经基本上满了。

专家介绍，采样效率超出预期，一方面原因是机械臂在控制上相对精准，几乎每一次都可以“铲满”样品，同时操作流程也非常顺畅，最快的只需要50分钟左右就完成了一次采样。此外，着陆区月壤相对松软、样品也较为丰富，也帮助采样更加顺利地进行。

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。

探测器钻取采样前，月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断，为采样提供了数据参考。

“嫦娥”的秘密

如何将脚下的样品举到头顶？

针对钻取任务，航天科技集团五院529厂为嫦娥五号提供了一套“金刚钻”。

这套钻取子系统，具备钻进能力强、排粉能力强、月壤适应性强三大“基本功”。

嫦娥五号不能移动，落到哪就得在哪钻，这对钻取适应性提出很高要求。研制团队开展了上千次地面钻取试验，积累形成了不同工况的钻取参数数据库；通过在轨预编程自主控制，实现了钻取子系统“回转”“冲击”和“回转+冲击”三种模式，以及不同参数的自由切换，以适应多种月壤工况。

为了让嫦娥五号拥有百里挑一的独创钻头，科研团队选用了双排钻牙阶梯构型，经过“千锤百炼”，保证钻进过程顺畅可控，具备对8级硬度岩石的钻进能力。他们还为双排出刃设计了多个切削面，使其能够拨动、突破临界颗粒与颗粒集群，以便应对危险工况、处理大颗粒。

同时，科研团队对钻头采用渐阔的锥形排粉槽通道，与钻杆排粉槽连接相通，形成一体排粉通道，并通过钻杆模型的匹配和参数优化，使系统的排粉能力大幅提高。

“取得着、封得住”是钻取子系统的核心技术之一。为保证取得的岩芯在提出过程中不会掉落，系统采用开放式构型的“8字型”超弹性合金丝作为封口方案，与取芯软袋末端进行一体化缝合，依靠弹性收缩力来实现简单可靠的封口。

嫦娥五号钻取的样品封入软袋后，被装进环形封装容器，再运送到上升器顶端。针对低重力下着陆姿态角度对样品传送的不利影响，研制团队设计了具有碰撞自适应能力的传送方案。通过弹性驱动为月壤封装容器提供初始速度，再借助重力，将含有三级导向锥角的封装容器沿固定导向结构传送到上升器内。

黑科技满满

样品打包、拆封都是高科技

为确保月球样品在返回地球过程中，保持真空密闭以及不受外界环境影响，嫦娥五号在月面对样品进行了密封封装。据航天科技集团五院510所透露，相比月面极高真空环境，地球大气中不仅有气体成分，还漂浮着各种固体颗粒，月球样品接触到这些物质就会被污染，科研价值将大打折扣。为此，该所给嫦娥五号研制了专用打包装置——密封封装子系统。它能自动承接、封装月球样品，并妥善密封保存。

该系统装在嫦娥五号最顶端，由主体框架、密封容器组件、盖体组件和开合机构组件等组成。镂空的主体框架上分布着用于转移的棘齿和导向条，钛合金和铝合金材料能保证其结构强度和刚度，并最大限度减轻重量。

在月面工作阶段，该系统根据预先设定的指令开始工作，先解除盖体锁定，让盖体竖直抬升、转动一定角度，将容器口完全敞开；待所有样品装入容器后，盖体原路返回，通过火工组件锁紧并进行高真空密封。等嫦娥五号返回地面后，月球样品可不是轻易就能从密封装置中取出来的。510所研制的月球样品解封分装操作台可在高纯氮气环境下对月球样品进行收集、登记、描述等处理，最大限度保证样品少受地球外部环境影响。

综合新华社、《科技日报》等