去月球挖土的「嫦娥」如何帶著月壤安全回家

“‘嫦娥’要去月球挖土了！”

11月24日，隨著嫦娥五號成功發射，這句頗為形象的話很快在網路上流傳開來。作為我國探月工程“繞、落、回”三步走中的最後一步“回”，嫦娥五號將開啟我國首次地外天體採樣返回之旅——飛到月球挖取月壤，再帶著月壤返回地球，這被認為是我國迄今最複雜的航天工程之一。

“這次任務相對於我們已經實施的繞月探測、落月探測來說，是一次新的、更大的技術跨越。”國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設計師、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇說。

在裴照宇看來，嫦娥五號任務對於我們“繞、落、回”整體規劃來說，是收官之作；對於未來我國月球探測來說，是奠基之作。

既是收官，又是奠基，可見嫦娥五號承擔的使命有多麼艱巨和光榮。那麼，要去月球挖土的“嫦娥”，這一路將面臨哪些挑戰？如何帶著月壤安全回家？

任務過程約23天，環環相扣不能有失誤

為何要去月球挖土？

一言以蔽之：為了更好地認識月球。“將月壤樣品帶回地球，讓科學家進行系統、長期的實驗室研究，分析月壤的結構、物理特性、物質組成，可以深化月球成因和演化歷史的研究，為和平利用空間資源貢獻中國智慧。”航天科技集團五院嫦娥五號探測器副總設計師阮劍華說。

月球，我們已去過多次，但去月球自動採樣並帶回地球，以前沒做過。嫦娥五號任務的複雜性和難度，可以用五個“首次”來詮釋。“一是地外天體的採樣與封裝，二是地外天體的起飛，三是月球軌道交會對接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是樣品的存儲、分析和研究，這在我國都是首次。”裴照宇言簡意賅。

阮劍華介紹，嫦娥五號發射后，將經過地月轉移、近月制動、環月飛行、月面軟著陸等過程，降落在月球正面風暴洋東北部，然後通過表取採樣機構和鑽取採樣機構，採集月表岩石和土壤樣品，同時開展科學探測。完成採樣和封裝后，在月面起飛，經過月球軌道交會對接、月地轉移、再入地球等過程，返回並著陸於內蒙古四子王旗地區。整個任務總共11個飛行階段，過程大約持續23天。

23天，看似很長，但其實整個任務流程都很緊湊。“一環接一環，每一環留給我們的時間都不多，每一步工作都要非常準確，各環節環環相扣，不能有失誤。如果有一個出現意外情況，將帶來一系列後續問題。”裴照宇強調。

挖土約2公斤，數量不算少

嫦娥五號探測器由上升器、著陸器、返回器、軌道器組成，在經歷地月轉移、近月制動、環月飛行后，著陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離，軌道器攜帶返回器留軌運行，著陸器承載上升器擇機實施月球正面預選區域軟著陸。著陸月球后，將在月面工作約兩天，這兩天里的一個重要任務就是挖土。

挖土看似簡單，但不是隨便一鏟子下去就行。嫦娥五號採集的樣品，將被用來研究月球的起因和演化。要讓挖出來的土有更好的研究價值，必須提高採樣的可靠性，增加樣品的多樣性。因此，嫦娥五號將通過鑽取和表取兩種方式來採集樣品。

科學家給嫦娥五號提出的挖土目標是：約2公斤。根據目前對採樣量的分配，鑽取的樣品是約0.5公斤，表取的樣品是約1.5公斤。

好不容易去一趟月球，為何不多挖點土帶回來？

“採集量的多少會影響到容器的大小，進而影響到整個探測器的體積、重量，以及推進劑的需求。”裴照宇解釋，比如，為了鑽取0.5公斤的樣品，探測器上的鑽取機構要達到七八十公斤；為了表取1.5公斤的樣品，表取機構也要幾十公斤；這100多公斤的採樣機構都要由探測器送到月球去，會影響到探測器整體的重量、體積和功耗。

裴照宇指出，以2公斤的採樣量作為初始值來設計探測器，嫦娥五號探測器的總重量達到8.2噸。如果增加樣品的量，整個探測器很多指標都會增長，8.2噸很可能不夠，最後會超過火箭的運載能力，目前的設計是平衡后的結果。“2公斤的數量不算少，工程上可實現。”他說。

再入地球充滿考驗，帶回樣品就是成功

挖完土並封裝后，嫦娥五號將開啟回家之旅：上升器攜帶樣品從月面起飛，在月球軌道與軌道器實現交會對接，樣品從上升器轉移到返回器，然後軌道器攜帶返回器完成月地轉移，返回器以第二宇宙速度再入地球，最後在內蒙古四子王旗地區著陸。這正是探月任務“繞、落、回”的最後一步——回。

要從月球回到地球，嫦娥五號在月球軌道的交會對接很關鍵。這些年來，我們對“交會對接”這個詞並不陌生。我國載人航天工程曾進行過多次交會對接。但這些交會對接都發生在地球軌道，在月球軌道上交會對接，嫦娥五號將是我國第一個。

完成交會對接和月地轉移后，嫦娥五號返回器將進入地球。再入地球的過程，充滿考驗。裴照宇指出，從地球軌道再入地球是7.9公里每秒的速度（即第一宇宙速度），而從月球再入地球將達到11公里每秒的速度（即第二宇宙速度），增加了30%以上。如此高速之下，探測器面臨的力和熱的環境要惡劣很多。

目前，嫦娥五號任務團隊正在緊鑼密鼓地準備飛控和返回器回收工作。“我們的目標是採樣返回，採到樣品，返回地球，就是成功。不管帶多少，都是成功！”裴照宇強調，“當然，既然設計了2公斤，我們會努力爭取實現這個指標。”

為載人登月與深空探測打基礎

根據之前的部署，我國探月工程分為“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球基地”三個階段。此次成功發射嫦娥五號的任務，裴照宇將其總結為既是“收官之作”，又是“奠基之作”。也就是說，嫦娥五號在探月工程中將發揮著承上啟下的作用。

國家航天局表示，嫦娥五號任務將完善探月工程體系，為我國未來開展載人登月與深空探測積累重要的人才、技術和物質基礎。這也意味著，還有更艱巨的任務在等著我們。

“在探月工程三期研製過程中，我們對後續的月球探測進行了論證，規劃了嫦娥七號和嫦娥八號任務，這兩次任務的目標是建設月球科研站基本型。”裴照宇透露。

在裴照宇看來，我們現在對月球的認識，就像一百年前對深海的認識一樣，仍非常有限，需要人類攜手一起探索。“我們向國際社會發出了倡議，希望與世界各國合作，共建國際月球科研站，這將為月球科學探測和月球相關技術的實驗提供共享平台。”