我能說出來10個,先,
1.四器聯合,無人探月技術極致
嫦娥五號由軌道器、返回器、著陸器和上升器四大部分組成。軌道器主要負責往返月球期間的動力、能量、通信和交會對接需求等;返回器負責保管月壤采樣樣本,重返地球大氣并被安全回收;著陸器負責攜帶上升器順利降落月球,完成月面打鉆采樣、機械臂抓取采樣和相關科研任務等;上升器負責攜帶收集的月壤樣本,離開月球表面,與軌道器再次對接,將月壤轉移至返回器中。整體難度大幅超過1976年的蘇聯月球24號任務,那是最近一次月球采樣返回。嫦娥五號基本是阿波羅登月飛船的無人縮小版,復雜度是無人探測器之最。
2.長征五號,力拔山兮氣蓋世
嫦娥五號探測器組合體總重達8.2噸,是人類無人探月史上最復雜最重的探測器。把它發射到38萬千米外的月球并非易事,這需要中國航天目前最為強大的長征五號系列運載火箭。2020年11月24日04時30分,中國文昌航天發射場,870噸重的長征五號氣吞山河,將嫦娥五號直送月球。這也幾乎是長征五號能力之最。
3.萬里之外,絕世高手凌波微步
嫦娥五號飛行單程以幾十萬千米計,正如駕車需要時常轉動方向盤保持軌跡,嫦娥也需要進行軌道修正,同時檢驗發動機工作性能。在去程和回程,到底需要怎么修正,修正幾次、每次什么發動機工作、工作多久,主要取決于火箭發射后送入預定軌道和軌道器推動離開月球軌道時的精度。如果越準,當然需要的后續修正就越小。這次火箭和軌道器表現太完美了,所以嫦娥五號往返月球之旅一下子輕松,修正非常簡單。整個任務期間,四次軌道修正,都是基于25N、150N、3000N發動機工作2-28秒不等,非常細微。舉個例子,1N僅僅是人在地球上拿起兩個雞蛋的重量而已。
4.月球著陸,刀尖上的舞者
著陸月球并非易事,嫦娥五號需要首先在38萬千米之外的月球上空完成一次分離,著陸器攜帶上升器擇機降落,軌道器攜帶返回器在月球軌道靜候佳音。隨后,著陸器成功完成動力降落、避障、懸停、精避障、緩速降落等全過程,穩穩落在呂姆克山附近。這里,隱藏著月球比較近期(10億年計)地質活動的秘密,事實上這里的發現也成就了中國一系列高水平論文,印證了當初選址的成功。
5.采樣月壤,五星紅旗閃耀月球
嫦娥五號帶回了1731克的月壤樣本,為最大程度獲得不同深度、不同形式的月壤樣本,嫦娥采取多種機械結構,鉆、抓、取、挖等多種方式并舉,表現異常良好,在原計劃之前就提前獲得了足夠樣本。最后,五星紅旗驚艷亮相月球,由于使用了特殊材料、四邊都進行固定,這一面五星紅旗比此前月球上的美國和蘇聯國旗更亮、更艷、更展!
6.上升器返回,嫦娥不再是單程票
今年人類僅有一次地球之外的“火箭發射”,這就是嫦娥五號上升器,它以著陸器為“發射架”,成功離開月球表面,將采集到的珍貴月壤樣本帶出,嫦娥也終于不是單程票。人類時隔44年后,再次在月球上執行“火箭發射”任務。
7.交會對接,萬里之外太空之吻
月球很遠,遠到地球上常用的衛星導航系統等無法使用,對嫦娥五號各部分的精準定位極其困難,進行超高精度的交會對接技術更是難上加難。在圍繞月球運行的過程中,上升器攜帶樣本,與軌道器/返回器組合體不斷走位、走位、再走位,終于在月球上空完成了精準對接,將月壤樣本成功封裝進返回器,中國航天的偉大突破。
8.太空水漂,極限美麗后的精彩
嫦娥五號返回時速度是遠超神舟飛船的第二宇宙速度(11.2千米/秒)左右,直接沖進大氣會產生巨大沖擊和熱量,極有可能導致任務最后階段發生危險。有效解決途徑就是打“太空水漂”,借助接觸大氣產生足夠大氣動力一躍而起,“緩一緩”再落下來,來回幾次,最終返回。因為空氣密度各處不同、沖進大氣的角度和姿態極難控制、每次沖進大氣都要保證不要過返回艙忍耐極限、“打水漂”的次數和間隔要精準計算、一定要準確落回內蒙古四子王旗。傳遞下來,顯然是極度了不起的事情。
9.成功回收,冰天雪地與誰為伴?
進入大氣,開啟最后一步,氣動減速、姿態控制、降落傘減速、落到地面、營救搜尋,冰天雪地的四子王旗成為中國最熱鬧的地區。特別意外,第一個歡迎嫦娥五號回來的竟然是個來自地球的小動物,它一定對這個大家伙充滿了好奇,但是它也不會想到,眼前這個嫦娥,已經經歷了數百萬千米(軌道累加)的太空旅程,承載著整個嫦娥工程最高光的時刻,降落在這里,而它也成為第一個歡迎嫦娥的生命。
10.任務結束,軌道器繼續走為走位再走位
從長征五號火箭發射堪稱完美起,就已經為軌道器節省了大量的推進劑。事后證明長征五號的優異表現為軌道器節省了約200千克推進劑。再往后,軌道修正次數小于預期、軌道修正精度高于預期、月地返回入射精度高,積累下來的更多了。巧婦難為無米之炊,而如果有了足夠多的米,巧婦當然能做很多事情。節省下的200多千克推進劑,加上本身質量很小、帶有多種規格發動機,軌道器就變成了一個超強的新“火箭”。它自己也帶一些通信模塊和各種傳感器,能出演深空探測器的部分功能。
另外,由于它是從月球返回,逼近地球時速度會達到第二宇宙速度左右,這足以讓它輕易永遠擺脫地球引力影響。如果巧妙設計軌道,通過地球引力助推,甚至完全不需要消耗任何推進劑就能完成。因此,軌道器開始了在宇宙中的復雜走位。第一步就是去距離地球約150萬千米的日地拉格朗日L1點,這個點在地球和太陽中間,可以實現非常穩定的對地球和對太陽長期觀測。當然,這個點并不真實存在,只是個理論值,軌道器也不可能真正定住,而是在附近保持橢圓軌道。由于軌道器依然元氣滿滿,能力充足,L1之后也可能有各種操作,比如去飛掠金星水星小行星,能限制它的,恐怕只有為月球設計的天線通信能力、太陽能帆板供能問題等。
時至今日,嫦娥五號的軌道器依然在深空中工作。
第11、12、13…個高光時刻還在精彩繼續,嫦娥五號返回后,它的樣本已經貢獻出了中國最先進、最亮眼的天體化學研究成果;嫦娥六七八號還在摩拳擦掌,為中國航天再創輝煌,為人類進一步研究月球開始領跑;小行星和彗星探測,火星采樣返回,木星系統探測,我們的目標是星辰大海;中國載人登月計劃開始雄心勃勃推進,中國人踏上月球表面值得期待。還有太多的精彩在上演!
為什么說中國航天人是個偉大的群體,看看他們做過什么,就知道了。
(圖源:中國探月辦、央視、國家航天局等)
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