當代中國最複雜航天任務 嫦娥五號「黑科技」有多強？

刊登日期 : 09/12/2020

創造當代中國航天史5個「首次」

　　嫦娥五號從發射到返回，預計歷經23天，共有11個階段，創造當代中國航天史上的5個「首次」：首次採樣及封裝地外天體；首次在地外天體起飛；首次在月球軌道交會對接；首次攜帶樣本高速返回地球；也是首次儲存、分析和研究月球表面樣本。其中，月面「挖土」、月面起飛、月球軌道交會對接、高速再入返回地球被視為4大關鍵技術突破。

　　這次挑戰史無前例，可謂步步驚心、環環相扣，任何一個環節出錯，都可能讓「嫦娥」無法順利回家。

　　為了在月面「挖土」、打包，科研人員為嫦娥五號裝備了挖土鏟、機械臂（表採關節臂）和金剛鑽（鑽取子系統）：機械臂「指哪打哪」，精度可控制在1°以内，能耐受高溫和輻射；金剛鑽擁有三種工作模式，以及獨創鑽頭，可以適用於不同情況的月球土壤。

　　為避免採集到的樣本受到地球大氣環境污染，嫦娥五號在月面就對樣本進行密封「打包」，科研人員為此專門設計了打包裝置（密封封裝子系統），能夠自動承接、封裝月球樣本，並進行密封保存。

當代中國探月三步走「收官作」

　　月面起飛又是一個難關。在地面發射火箭，要四平八穩，有完備的發射塔架系統，以及經過精確測算的起飛位置、飛行軌道，而月球表面並不具備這些條件，需要探測器「自力更生」，對起飛軌道設計、監測控制等有很高要求。

　　回家之前，嫦娥五號探測器的上升器與軌返組合體（軌道器、返回器）需要在38萬公里外的月球軌道上，相對速度爲零的狀態下，進行無人交會對接，整個過程需要在21秒內完成，相對位置誤差不能超過5厘米。加上月球軌道沒有衞星導航服務，要克服月球引力影響，難度空前。

　　當代中國航天人為此研製了「抱爪式」對接機構，其重量輕、結構簡單、對接精度高，好像航天器長出了「手」，兩邊同時用力，就能成功「牽手」。完成對接後，上升器中的樣本要轉移到返回器中，科研人員設計了「連桿棘爪式」轉移機構，好像傳送帶一樣，將容器單方向傳遞到返回器中，實現了對接和自動轉移功能一體化，設計理念是世界首創。研究團隊先後進行了661次對接測試、518次樣本轉移測試，以保證萬無一失。

　　返回地球，則是「難中之難」。嫦娥五號的返回艙是以每秒11千米的超高速度進入大氣層，而一般衛星、宇宙飛船的返回速度約每秒7.9千米。這意味着，嫦娥返回艙再入大氣層時產生的熱量會提高8-9倍，很容易被燒毀。中國為此在2014年發射了一個名為「小飛哥」的飛行器，模擬嫦娥五號返回艙返回地球的情況，成功突破航天器超高速再入返回的關鍵技術。

　　嫦娥五號「奔月」，標誌中國探月工程環繞探測、落月探測和採樣返回探測（繞、落、回）三步走戰略圓滿收官。國家航天局探月與航天工程中心副主任裴照宇表示，嫦娥五號既是收官之作，也是中國未來月球探測的奠基之作，是中國航天技術的一次重大跨越，將為中國未來進行載人登月和深空探測積累重要的人才、技術、物質基礎。