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NASA月球探测器拍摄到嫦娥五号 照片可见轮廓

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(观察者网讯)12月1日,嫦娥五号探测器成功着陆月球。第二天,美国航空航天局(NASA)的月球勘测轨道飞行器(LRO)拍摄到了刚刚抵达月球的嫦娥五号探测器。

NASA月球探测器拍摄到月面的嫦娥五号 照片可见轮廓

NASA拍摄到的嫦娥五号探测器 图自LRO网站

根据NASA公布的照片显示,嫦娥五号探测器位于一个三角形的陨石坑中心,照片可以明显辨认出着陆器的轮廓。

NASA月球探测器拍摄到月面的嫦娥五号 照片可见轮廓

NASA拍摄到的嫦娥五号探测器 图自LRO网站

12月1日着陆月球后,嫦娥五号完成采样封装等科学任务,并首次在月球独立展示国旗。12月3日23时10分,嫦娥五号上升器成功将携带样品的上升器送入到预定环月轨道。我国首次实现地外天体起飞。

NASA月球探测器拍摄到月面的嫦娥五号 照片可见轮廓

嫦娥五号着陆器和上升器组合体全景相机拍摄五星红旗在月面成功展开

嫦娥五号上升器月面点火 (来源:新华社)

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12月3日23时10分,嫦娥五号上升器3000N发动机工作,成功将携带样品的上升器送入到近月点环月轨道。点火起飞前,着上组合体实现月面国旗展开以及上升器、着陆器的解锁分离。此次国旗展开是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”!

与地面起飞不同,嫦娥五号上升器月面起飞不具备成熟的发射塔架系统,着陆器相当于上升器的“临时塔架”,上升器起飞存在起飞初始基准与起飞平台姿态不确定、发动机羽流导流空间受限、地月环境差异等问题;另外由于月球上没有导航星座,上升器起飞后,需在地面测控辅助下,借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿。

点火起飞前,着上组合体实现月面国旗展开以及上升器、着陆器的解锁分离。此次国旗展开是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。点火起飞后,上升器经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段,进入预定环月飞行轨道。随后,上升器将与环月等待的轨返组合体交会对接,将月球样品转移到返回器,后者将等待合适的月地入射窗口,做好返回地球的准备。

嫦娥五号如何回

2020年11月24日,嫦娥五号探测器成功发射,探测器将实施月球采样、返回任务,实现中国探月工程三步走的最后一步“回”。

嫦娥五号经地月转换轨道、环月轨道飞行后,在月面选定区域成功着陆(落月),目前它已完成月球样品采集工作、经月面起飞。之后,嫦娥五号探测器的上升器,将和正在月球轨道上的轨道器完成交会对接,经过月地转移轨道、再入回收等飞行阶段的在轨飞行过程,最终完成“挖土”并返回地球。

嫦娥五号上升器点火起飞!实现我国首次地外天体起飞

在此之前,记者也了解到,在这个过程中,上升器以着陆器为发射平台,点火发射脱离月面。成功离开月球表面后,将和正在月球轨道上的轨道器对接,但这个“拥抱”过程并不容易。

在远离地球的太空里,上升器和轨道器之间的对接堪称“针尖对针尖”,这样高难度的宇宙空间定位,也完全依赖嫦娥五号自身的人工智能系统。

上升器成功对接返回器后,还要逃脱月球的引力,这就首先要达到月球的第一宇宙速度1.68千米/秒。而要脱离月球引力飞向地球,则需要达到月球的逃逸速度2.4千米/秒。

嫦娥五号上升器点火起飞!实现我国首次地外天体起飞

这次,科学家提出的挖土目标是约2公斤——钻取的样品是约0.5公斤,表取的样品是约1.5公斤。有人会问,好不容易去一趟,为啥不多挖一点回来?

这是因为,采集量的多少需要与容器的大小相对应,继而影响到整个探测器的体积、重量,以及推进剂的需求。比如为了钻取0.5公斤的样品,探测器上的钻取机构要达到七八十公斤;为了表取1.5公斤的样品,表取机构也要几十公斤;这100多公斤的采样机构都要由探测器送到月球去,会影响到探测器整体的重量、体积和功耗。

所以此次发射质量非常大——嫦娥五号探测器的总重量达到8.2吨。增加样品重量就意味着最后可能会超过火箭的运载能力,所以2公斤的量已不算少了。

嫦娥五号上升器点火起飞!实现我国首次地外天体起飞

“拥抱”过程将被全程记录,即便没光线也能拍得清清楚楚

据此前报道,在嫦娥五号任务中,由中国航天科技集团八院研制的红外及可见光双谱段监视相机,将完美呈现轨道器与上升器的“拥抱”过程。

此次嫦娥五号所搭载的双谱段监视相机是一款专业“拍照神器”,其主业就是记录轨道器与上升器的交会对接过程,以及轨道器与着陆器/上升器组合体分离、与支撑舱分离过程。与以往任务中所搭载的监视相机不同的是,这款相机集红外和可见光成像于一体,红外和可见光传感器经各自的光学镜头获取图像数据,根据遥控指令要求在六种拍摄模式中自由切换,实现红外和可见光分别或同时成像。

嫦娥五号上升器点火起飞!实现我国首次地外天体起飞

这就相当于给普通相机加了一个夜视仪,即使交会对接过程发生在月背,接受不到太阳光照,我们也可以通过红外相机记录下全过程。而在有光照的情况下,如果光照太强,可见光相机拍摄的照片也可能存在过曝的情况,影响观看效果。有了这款双谱段相机,就可确保全天时、全光照条件下记录交会对接过程,也可以让大众从红外镜头的视角看看太空。

返回器将从38万公里外赶回地球,进入大气层姿势就像“打水漂”

嫦娥五号返回器返回地球的最后一步,也是难度技术很高的一个环节。因为返回器从38万公里远的月球风驰电掣般飞到地球附近时,速度会逼近第二宇宙速度(11.2千米/秒),这个速度远远高于普通返回式卫星返回地球的第一宇宙速度(7.9千米/秒)级别。

这3公里的速度差,会有很大影响吗?

当然会!以这样的速度直接冲进大气层,巨大的摩擦和冲击足以让返回器快速焚毁。所以,返回器采用了一个很特别的“姿势”回到地球——它将在大气层边缘滑跃,多次减速,就像“打水漂”一样。

但和我们平常靠手感打水漂不同的是,返回器每一次与大气接触都要经过精准计算,最终以安全速度冲入大气,再通过气动减速和降落伞减速等方式,准确、安全降落在预定的着陆场。

嫦娥五号上升器点火起飞!实现我国首次地外天体起飞

为了嫦娥五号返回器的“打水漂”式返回,我国还曾在2014年,用嫦娥五号再入返回飞行试验任务演习了一遍。

那次任务是我国首次采用半弹道式跳跃的返回方式,返回器进入大气层后受控跃起,经过滑行再次进入大气层并飞向落区。但这种方式对控制精度提出了极高要求,返回器如果“跳”得过高会偏离落区,“跳”不起来则可能直接坠入大气被烧毁。然而距地面60—90公里的高层大气变化无穷,受到黑天白夜、太阳风、地磁场等多种因素影响,大气变化误差很大,需要制导导航与控制系统具备很大包容性。

如果此次任务圆满成功,中国将成为世界上第三个从月球采集样本返回地球的国家。但我国的探月任务还远没有结束。从嫦娥一号升空开始,到嫦娥五号探测器发射,我们还处在“无人探月”阶段。探月工程的第二阶段和第三阶段分别是载人登月和建立月球科研站。

嫦娥五号任务完成预计需要20余天,完成月面自动采样与封装之后,将迎来5个挑战:

NO.1月面上升阶段:

上升器带着装封好的月面样品放入上升器中,上升器从月球表面起飞。

NO.2月球轨道交会对接与样品转移:

上升器起飞之后与在环月轨道待命的轨迹组合体再次碰头,实现交会对接,把样品转移到返回器里。

NO.3飞回地球:

轨道器带着装有样品的返回器一起,轻装上路,从月球上空飞回地球上空。

NO.4穿越地球大气层:

飞到地球上空之后,返回器与轨道器分离,包裹着月球样品的返回器穿过地球大气层。

NO.5返回器着陆:

嫦娥五号返回器最终着陆在内蒙古四子王旗,完成搜索与回收。

目前,嫦娥五号探月之旅过半,下一步,嫦娥五号上升器将和轨返组合体,在预定时机加速进入月地转移轨道,踏上“回家”征途。

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