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嫦娥五号成功落月

时间:2020-12-02 09:40:51 来源:微闻网 作者:肖肖

自嫦娥五号发射以来,全世界的目光都聚焦在它身上,12月1日23时11分嫦娥五号迎来关键一步:嫦娥五号成功落月!嫦娥五号的落月就意味着“月球采土”工作马上就要进行了,在这之前很多小伙伴十分好奇嫦娥五号落月是怎么落的呢?嫦娥五号落在了月球哪个地方?下面,大家和微闻网小编一起去了解一下嫦娥五号成功落月,嫦娥五号如何月球取土,嫦娥五号如何克服月球引力返回地球~

嫦娥五号成功落月

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度附近的预选着陆区并传回着陆影像图

在嫦娥五号落月的最后阶段一直在落月过程中值守的“刹车指令员”精确探测着嫦娥探测器与月球表面的距离

距月面不到五米处发出刹车指令让嫦娥“翩然”落月,实现了探测器“软着陆”

“刹车指令员”是中国航天科工研制的γ(伽马)关机敏感器。先于探月任务,该团队研制的γ高度控制装置已经在神舟飞船任务中成功应用,通过让返回舱“软着陆”保障宇航员的人身安全。

γ射线具备受外部环境干扰小的特点,正是由于γ射线“最强”精度的特点,这种利用γ射线测高的机制被应用到了对精度、可靠性要求最高的载人航天和探月任务中。

月面环境复杂、特殊,从测“地”到测“月”,要进一步突破月面“软着陆”控制技术,确保精确测距,精准控制。当嫦娥五号从环月飞行转到月面着陆工作阶段时,通过开启发动机控制自身向月球缓慢下降,随着落月过程的开始,置于嫦娥五号底部的γ关机敏感器便实时测量嫦娥五号与月面的距离。当γ关机敏感器探测到距月面不到5米高度时,发出关机指令关闭轨控和姿控发动机。这个关机指令的发出,是实现“嫦娥落月”的关键动作,这一瞬间,决定着“落月”任务的成败。随着发动机反推力的撤离,探测器减速慢行“软着陆”,嫦娥姿态优美地“翩然”落月。

欧洲空间局祝贺嫦娥五号探测器成功落月

当地时间12月1日晚,欧洲空间局在社交媒体上分享了嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面预选着陆区的消息,并向中国国家航天局表示祝贺。欧空局还表示,通过其全球跟踪站网络,欧空局为嫦娥五号探测器提供了技术支持。

在嫦娥五号发射之后,欧空局位于法属圭亚那的库鲁地面站曾对其进行数小时的追踪。而在嫦娥五号返回地球的时候,欧空局将通过位于西班牙的马斯帕洛马斯地面站接收信号。

嫦娥五号的落月点是如何选择的

嫦娥五号探测器的着陆区,吕姆克山脉(Mons Rümker)附近,位于月球风暴洋北部。

风暴洋,是月球上最大的月。

月海,是月球月面上比较低洼的平原,用肉眼遥望月球有些黑暗色斑块。因此,月海虽然叫做“海”,但是实际上并没有水)南北约2500千米,位于月球上面向地球一面的西侧,是一片广阔的灰色平原,由远古火山喷发形成的玄武岩构成。

吕姆克山,以德国天文家吕姆克(Carl L. C.Rümker)的名字命名,位于风暴洋北部,由远古火山喷发形成,底部直径70千米,最高处比周围平原高出1.1千米。

嫦娥五号的采样地,在吕姆克山附近较平坦的一个地区。

为什么嫦娥五号要选吕姆克山附近作为着陆地点?

科学家表示,着陆地点的选择首先要对地形、地貌、光照和通信等因素进行综合考虑,其次为了获得有独特科研价值的样品。

经过科学论证表明,吕姆克山脉附近作为嫦娥五号着陆地区,这里存在大约13亿至20亿年前的玄武岩。

通过全新月球样品希望能解决什么重要问题?

此前,科学家通过对美国和前苏联带回的月球样品的研究表明,月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰,然后减弱并停止。

但通过对月球表面的其他特征观测表明,某些区域可能含有最近10至20亿年前才形成的火山熔岩,这又说明月球上的火山活动可能停止得相对较晚。

科学家通过对吕姆克山脉附近这些“年轻”(大约13亿至20亿年前)玄武岩样本的研究,能够最终确认该区域火山活动是何时停止的,这将对月球的演化历史提供最重要的线索。

嫦娥五号是如何落月的

在选定吕姆克山脉以北地区作为着陆点后,嫦娥五号着陆上升组合体如何在短时间内完成一系列难度系数很大的动作,稳稳地降落在月球表面?

中国航天科技集团五院专家告诉记者,历经主动减速、快速调整、接近、悬停避障、缓速下降和自由下落段,嫦娥五号这稳稳的一落看似轻盈轻松,却蕴藏着科研人员的众多智慧和积淀。此次嫦娥五号落月有四大看点。

看点一:“选址准、落得稳”

嫦娥五号任务的落月和近月制动一样,有且只有一次机会,必须一次成功。由于涉及采样后上升器的月面起飞,所以,嫦娥五号落月的过程也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”。

相较于嫦娥三号、四号,嫦娥五号对于着陆点的位置精度和平整度方面的高要求是空前的,这需要着陆区域内无太高的凸起、无太深的凹坑,坡度要符合任务要求。

为实现“选址正确、落得准确”,嫦娥五号采用了五院502所在嫦娥三号和四号上应用的“粗精接力避障”方式。着陆上升组合体在飞到距离月面100米时会悬停一下,通过对选定区域拍照,精确识别选好落点。之后,着陆上升组合体再斜向下飞行,边下降边注意避障,飞到选定着陆点的正上方后竖直下降,在距离月面较近时提前关闭主发动机,然后利用着陆腿的缓冲实现软着陆。

看点二:着陆缓冲“显身手”

落月的关键在于平稳二字。嫦娥五号着陆上升组合体在落月时,撞击月面会形成较大的冲击载荷,必须设计相应的着陆缓冲系统,吸收着陆的冲击载荷,保证探测器不翻倒、不陷落,这是落月的技术难题之一。着陆缓冲机构,通俗地说,就是嫦娥五号的“腿”。

与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比,由于任务难度增加,嫦娥五号任务的着陆缓冲能力要求提高了30%,但机构重量指标却减少了5%。嫦娥五号的“腿”继承了嫦娥三号、嫦娥四号的良好基因,具有完全自主知识产权的“偏置收拢、自我压紧”式方案,保证收拢简单、展开可靠,解决了着陆缓冲、着陆稳定性等多方面问题,确保嫦娥五号稳定可靠地完成与月球的“亲密拥抱”。

看点三:“天黑请闭眼”

在降落的过程中,嫦娥五号着陆上升组合体距离月面较近时,主发动机会激起月尘,容易触发月尘污染星敏感器,从而影响上升器后续的月面起飞。

为了不让月尘“迷了上升器的漂亮眼睛”,科研人员特别设计了一个盖子。在距离月面一定的高度时把星敏感器的镜头盖起来,待落月之后月尘散去,再通知星敏感器把盖子打开,这一睁一闭之间,着陆器和上升器组合体已经顺利着陆在月亮之上。这一过程被科研人员亲切地称为“天黑请闭眼”。

看点四:定向天线“一线牵”

落月牵动着国人的心。38万公里外的嫦娥五号正经历着什么样的考验?所有的讯息,都需通过着陆上升组合体的一口小小的“锅”来传送遥测数据。这个“小锅”就是定向天线——把探测器上的数据传输到地面的发射转换装置。

从月球把数据发送回地球,通信的距离相比地面手机通信远了几万倍,这就需要采取特殊的对地定向天线来发送数据。科研人员设计的定向天线包含了反射面天线辐射器、双轴驱动机构。为了使整器减重,此款反射面天线极致轻量化设计,相比同类天线减重40%以上,既轻便又可靠。

中国航天科技集团五院专家表示,双轴驱动机构就像人的肩关节、肘关节,驱动反射天线辐射器灵活地转动,确保“小锅”始终对准地面,向地球传送嫦娥五号落月的遥测数据。

嫦娥五号在月球上如何采土呢?

嫦娥五号任务是中国目前技术难度最大、系统组成最复杂的航天任务之一。成功着陆在月球后,嫦娥五号探测器将开展为期约 2 天的月面工作,“使出浑身解数”采集约2千克月球样本,实现中国首次地外天体采样。

科研人员为嫦娥五号精心设计了两种“挖土”模式:钻取和表取。探测器随身携带了钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“神器”,将采取深钻、浅钻,以及“铲土”“挖土”“夹土”等方式,采集约2千克“月壤”,并进行密封封装。

“我们的目标是两公斤,经过论证,两公斤是数量上不算少,工程上可实现。”中国国家航天局探月与航天工程中心副主任、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇说,“但是作为对这次任务的考核,我们的目标是采样返回,采到样品、返回地球,就是成功。不管带多少,都是成功。”

根据日、地、月的运动关系,以及工程各种约束条件,嫦娥五号任务的总周期是22至23天,各环节环环相扣。此次任务将创造五个“中国第一”。

“一是地外天体的采样与封装,二是地外天体的起飞,三是月球轨道交会对接,四是携带样品高速地球再入,五是月球样品的分析和研究,这在我国都是首次。”裴照宇说。

从发射升空到成功落月,38万公里,7天抵达,800多秒惊心动魄的下降,嫦娥五号探测器的表现近乎完美。

这是中国探测器第三次在月球表面成功软着陆,距离月球采样返回的梦想更前进了一大步。期待嫦娥“五姑娘”圆满完成“挖土”工作,顺利返回地球!

嫦娥五号如何摆脱月球引力返回地球

要想从月球上返回地球,嫦娥五号同样需要多级结构,包括轨道器、返回器、着陆器三个主要组成部分,而着陆器又分为上下两个级别,这个配置和阿波罗号载人登月探测器类似,大部分需要往返的探测器都是类似的结构。

当嫦娥五号探测器达到绕月轨道之后,找准时间以及预计着陆点,着陆器首先分离,进行月面软着陆,此次嫦娥五号的预选着陆点是月球正面最大的月海风暴洋北部的吕姆克山脉,可以采集月球火山的样本。

着陆器自动巡视并采集着陆点样本,预计采集2公斤左右,此后把样本传送到着陆器上升级。这个时候着陆器的下降级可以充当火箭发射架,上升级的动力系统驱动逃离月球。

上升级进入绕月轨道,和等在那里的轨道器以及返回器对接完成样本的转移,此后上升级会被抛弃在月球轨道。轨道器驱动带着样本以及返回器踏上地月转移轨道开始“回家”。

最后一步就是返回器的任务,轨道器在地球轨道上会被抛离,最后返回器携带月球样本返回地球。在月球上返回优势在于没有大气层的阻碍同时月球的引力相对于地球更小,逃逸速度较小。

整个过程难在控制以及月球上的特殊环境

因为涉及到的结构较多,每一次的分离以及对接都是在38万公里之外进行的,地面上难以控制,每一次都需要探测器自身控制。再加上月球上的极端温度环境,让每一个动作都变得很艰难。

“可上九天揽月,可下五洋捉鳖”,我们正在把一个个不可能变成可能。

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