從「嫦娥一號」到「嫦娥五號」的探月之路

點擊「國家空間科學中心」可以訂閱哦！

作者：王錚

中國科學院國家空間科學中心

空間天氣學國家重點實驗室

十一年前，「嫦娥一號」豪情遠赴；如今，「嫦娥四號」和「嫦娥五號」整裝待發，帶著我們中國人的探月之夢，前赴後繼。

事實上，探月工程的正式建立和開展早已開始。在2004年，中國正式開展月球探測計劃，在國務院正式批准繞月探測工程立項後，工程的領導小組便將其命名為「嫦娥工程」，而第一顆繞月衛星命名為「嫦娥一號」。

嫦娥是我國古代神話中的仙女，據說是神箭手后羿的妻子，獨自吃了丈夫收藏的不死葯，結果飛升到了月亮上。中國探月工程用這個神話傳說中的人物來命名，弘揚了中國傳統文化，表達了「奔月」這個主題。

明朝唐伯虎的《嫦娥執桂圖》，題詩為「廣寒宮闕舊遊時，鸞鶴天香卷桂旗。自是嫦娥愛才子，桂花折與最高枝。」廣寒宮、玉桂都是月球的別稱

同時，嫦娥工程的標誌也富有寓意：整體落筆是以中國書法的風格勾勒出一輪彎月；形態上是漢字中的「月」。「月」字中間的兩橫用一雙腳印來表示，象徵著中國人載人登月的終極夢想；「月」字圓弧的起筆處形似龍頭，龍正是中國的象徵；圓弧的末尾看似飛白，細看是由一群飛翔的和平鴿組成，表達了中國航天和平發展的美好願望。下邊標註了CLEP的標識，為中國探月工程（China"s Lunar Exploration Project）的英語縮寫。

嫦娥工程標誌

無人探測三步走

嫦娥工程按計劃分為「無人月球探測」、「載人登月」以及「建立月球基地」三個階段。目前已經發射的「嫦娥一號」到「嫦娥三號」探測器，還有即將發射的「嫦娥四號」和「嫦娥五號」探測器，都屬於無人月球探測階段。

無人探測又分「繞」「落」「回」三步走。

· 「繞」為第一期。首先實現衛星繞月飛行探測。這一階段主要任務在於研製和發射能夠探測月球的衛星，衛星和火箭的研製為後續工作鋪路。繞月時可利用很多儀器對月球拍照、觀測。十一年前，2007年10月24日18時05分發射的「嫦娥一號」是嫦娥工程第一顆衛星，它圓滿完成了第一期「繞月」使命。

「嫦娥一號」繞月飛行

· 「落」為第二期。我們的探測器要首先完好無損地降落在月球上，之後才能載人上去。探月飛船一般是主飛船繞著月球飛，然後探測器降落到月球表面。探測完成後，探測器要麼留在月球要麼回到繞月的飛船上。這個階段要開展「軟著陸」和月球表面的勘察。「軟」的意思是別一頭撞上去，機器要完好；月球勘察則要能接收地球的遙控。因為月球離地球很遠，無線電指揮信號要很長時間才能傳達和反饋，這對超遠距離通訊的技術以及月球車自動運行和應對突發情況的程序研發也提出了很高的要求。「嫦娥二號」是「嫦娥三號」先導星，先驗證了一部分關鍵技術，又對預選的降落區域進行了探測。隨後由2013年12月2日凌晨1:30分發射的「嫦娥三號」實現了月球軟著陸，這也是我國航天器首次降落在地球以外的天體。

「玉兔」月球車拍攝的軟著陸的「嫦娥三號」

· 「回」為第三期。未來，我們的航天員不能當滯留的「嫦娥」，而要隨探測器返回地球。同時科學家也需要在地球對月球樣本進行分析。因此，這個階段需要能把月球車採集到的樣品帶回來的技術。「回」不是指繞月球飛行的衛星回來，而是說登上月球的探測器能回到地球。尚未發射的「嫦娥五號」的任務就是無人自動採樣返回。

「嫦娥五號」攜帶月球樣品返回模擬圖

我國探月計劃「繞」「落」「回」三步對應設計的3顆衛星一、三、五號，分別有著備份衛星二、四、六號，用來預防出現突發事件而導致整個計劃拖延太久。不過，「嫦娥三號」已經成功完成了「落」的任務，它的備份「嫦娥四號」便無需再重複，而需要承擔其他任務了。類似的例子就是「嫦娥二號」，作為一號的備用星，最後改為給三號的發射做探測準備，並飛躍探測了小行星「圖塔蒂斯」。

落得下 回得來

「嫦娥四號」最近引來許多關注，因為它的「通訊中繼衛星」「鵲橋」剛剛於2018年5月21日5時28分發射。預計今年下半年發射的「嫦娥四號」計劃登陸月球背對地球一面的南極附近的艾特肯盆地，「鵲橋」要發揮通信中繼的作用。「鵲橋」升空後，由火箭送入了近地點約200公里、遠地點約40萬公里的地月轉移軌道，經過數次修正，到達距離月面高度約100公里的軌道，再經多次制動後進入繞地月拉格朗日L2點的軌道。

「鵲橋」

「嫦娥四號」將是世界首顆在月球背面軟著陸和巡視探測的航天器。「嫦娥三號」發射成功後，曾計劃不再發射「嫦娥四號」，僅作為三號的備份。2016年1月14日，經過一年半的論證，「嫦娥四號」通過審議，計劃降落在月球背面，其基本架構上繼承了「嫦娥三號」的著陸器和月球車，外形與上圖的「嫦娥三號」相似，但科學載荷會有很大的變化。

「嫦娥五號」原本計劃是2017年11月發射，之前已經正樣測試，但因故推遲。「嫦娥五號」探測器全重8.2噸，由軌道器、返回器、著陸器、上升器四個部分組成，如下圖所示。「嫦娥五號」發射的困難主要有4個方面：月球軌道的交會對接、月面採樣、月面起飛和高速返回。「嫦娥五號」落月後，將在月球表面上採集大約2公斤重的月面土壤等樣本，然後封裝放進著陸器的上升段，該段從月面點火升空進入月球軌道，並與軌道器和返回器的聯合體交會對接，將樣品轉移至返回器內，軌道器攜帶返回器點火飛向地球，在進入大氣層前分離，軌道器脫離開到太空中，返回器將降落在內蒙古境內的草原上。

「嫦娥五號」結構（圖片來源見水印）

「嫦娥五號」先試驗了T1試驗器，也即驗證飛行器能否從月球軌道順利返回、並降落在預定的位置。假如任務成功的話，「嫦娥五號」將突破「返回」方面的多項關鍵技術，攜帶月球岩石樣本回到地球，預計任務飛行時間在13天左右。

以嫦娥工程代表的月球探測工作是我國邁出航天深空探測的第一步，實現了我國航天深空探測零的突破。祝即將到來的「嫦娥四號」和「嫦娥五號」任務圓滿成功！

作者：王錚 中國科學院國家空間科學中心 空間天氣學國家重點實驗室

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！