嫦五登月，开始“挖土”！取回的月样到底能干啥？_风闻

国家航天局消息，12月1日23时11分，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面风暴洋的吕姆克山脉以北地区，并传回着陆影像图。

嫦娥五号落月视频。视频来源：央视新闻

北京时间12月1日23时11分，在经历了为期一周的地月转移、近月制动、环月飞行之旅后，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。

作为中国探月工程“绕、落、回”三步走的收官之战，嫦娥五号任务将从月球采集约2千克月球样品返回地球。嫦娥五号探测器软着陆于月球哪个区域？探测器如何稳稳地降落？降落后又将如何开展“挖土”作业呢？

落在哪？

据中国国家航天局消息，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公里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 公里/秒降为零。

12月1日拍摄的嫦娥五号探测器着陆画面。新华社记者 金立旺 摄

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，平稳着陆于月球正面风暴洋的吕姆克山脉以北地区。着陆过程中，着陆器配置的降落相机拍摄了着陆区域影像图。

成功着陆后，着陆器在地面控制下，进行了太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作，将正式开始持续约2天的月面工作，预计将采集2千克左右的月球样品。

此前，美国阿波罗计划从月球累计带回380多千克月球样品，苏联依靠无人飞行器分3次共获得了300余克月壤；但美国、苏联等国家的航天器均未到访过吕姆克山脉附近。

中国科学院院士、中国探月工程首任首席科学家欧阳自远曾表示，中国选择的着陆点距离阿波罗计划着陆点有上千公里距离，将会迎来新的现象、新的发现。

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩告诉记者，月球正面风暴洋相对较年轻，富集铀、钍、钾等放射性元素，存在大约13亿至20亿年前的玄武岩，获得这些年轻玄武岩的同位素年龄，将有助于推进对月球火山活动和演化历史的认识。它可以填补科学家对月球火山活动研究的一个重要空白。

“据月球科学家介绍，此前对美、苏获取月壤样品的研究表明，月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰，然后减弱并停止。但对月球表面的观测发现，某些区域可能含有最近10至20亿年前才形成的火山熔岩，这与嫦娥五号着陆地区的年龄相仿。如果嫦娥五号采回的样本能够证实这段时间月球仍在活动，将改写月球的历史。”庞之浩说。

                                        图二：嫦娥五号探测器软着陆后降落相机拍摄的图像 来源：国家航天局

怎么落?

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。

嫦娥五号着上组合体模拟图。北京飞控中心供图

咋“挖土”？

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！

挖回来的“土”有啥用？

很多人都为我国的月球探测器能够采样返回而兴奋，但是却不知道采回来的月球样本所代表的真正意义。

12月1日，在北京航天飞行控制中心拍摄的嫦娥五号探测器落月过程。新华社记者 金立旺 摄

一、研究月球演化

月球的起源还有许多未曾解决的问题，同时月球在形成后的数十亿年间又经历了长期的小行星撞击与多期次的岩浆活动。不过由于人类在月球的探索依然有限，所以我们对月球本身的演化历程依然还不甚了解，尤其是对于月球从30亿年以来的演化情况不甚清楚。

长久以来，我们中国人研究月球的地质演化基本上只能通过撞击坑的叠置关系以及国外的月球数据来进行，但是从中国的登月计划开始实施以来，我们逐渐有了丰富的月表探测数据，在这次嫦娥五号所要登陆的风暴洋吕姆克山，我们也可能采回月球在大约11亿年前的岩浆活动中所形成的岩石，这些对于我们研究月球的演化历史无疑具有很重要的作用——往浅处说，能够让我们在月球演化领域领先于西方，往深处说研究月球演化是揭示类地行星起源和演化的关键，也是我们开拓星辰大海的出发点。

二、月球开发

月壤位于月球的最表层，是本次采样的重点。月壤与地球的土壤截然不同，地表的土壤是地表岩石受到风霜雨雪等的风化作用后破碎成为沙粒，这些沙粒与死亡生物的有机质混合所形成的物质。但是月壤则主要是由小行星撞击月面以及在真空中由温差等因素风化所致。

研究这些月壤，一方面能够揭示出在月球上发生过的陨石撞击事件的细节，另一方面则能够为我们揭示在空间中的物质经历空间风化（温度、太阳风、宇宙射线等等的破坏作用）的过程，为将来的星际建筑和设备抵御空间风化做准备；另外，更为细小的月尘则容易漂浮，在月球条件下，月尘的漂浮会导致宇航员视觉模糊、探测器光学元件污染、能源与热控系统衰退、机械磨损和故障等，研究这些物质也能够为将来的月球探测工作和月球基地建设工作提供防尘的方案。

可能要等待月球基地的建立之后，我们才会提出月球采矿的需求来，而在这之前，对于月壤的研究无疑能够有助于基地的前期建设工作。

三、追赶

自从新中国建立起来之后就一直在追赶西方人的脚步，就从探月这件事情来说，中国人研究地外天体的起点其实起源于陨石，通过这些陨石的研究初步培养出了一些专业的人才，而在这时候美国和苏联已经登月了。

几十年间，我们都在默默进行月球探测的的科学准备，尽管那时候看上去西方人的一骑绝尘，仿佛永远无法超越。一直到2004年，国家才批准立项进行月球探测，此后从嫦娥一号到现在的嫦娥五号，我们的脚步缓慢而坚定，一直到现在嫦娥五号即将登陆月球的时候，我们回过头来才发现，哦，我们已经差不多跟西方处于同一水平线了！

来源：综合中国新闻网、微信公众号“把科学带回家”等

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