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「嫦娥五号」搭乘「长征五号」火箭发射成功,执行我国首次月球采样返回任务,有哪些重大意义? 第1页

     

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就在今天凌晨,2020年11月24日4:30,中国的首个月球采样返回任务“嫦娥五号”在海南文昌发射场,搭乘长征五号遥五火箭发射升空,奔赴月球!

它的目标是采集约2公斤月球样品并送回地球。

这是中国的第六个月球探测任务,它不仅标志着我国“嫦娥”工程将完成“绕、落、回”三部曲的第三阶段目标,也意味着人类时隔44年将再次从月球带回岩石和土壤样品——上一次月球采样返回任务,还是1976年苏联的月球24号。


我们为什么还要去月球挖土?

有些小伙伴可能会感到疑惑,别说44年前的月球24号无人月球任务了,五十多年前NASA的阿波罗载人登月任务不是从月球上带回过好多次样品了么?大老远地再折腾一番跑去月球挖土,还要辛辛苦苦带回来的意义在哪里?

是的,从1969年到1976年,6次阿波罗任务和3次月球号任务带回了月球表面9个区域共计382公斤的月球岩石和土壤样品。从量上来说,并不少。

正是这些珍贵的月球样品,让我们能够真正接触到有明确产地的月球物质,能真正在实验室里全方位分析研究这些月球物质——这是月球探测器遥感探测和在地球上分析月球陨石所做不到的。对这些月球样品的放射性定年,也让我们真正确定了月球上一部分区域的绝对年龄,并以此建立起了月球45亿年的演化历史。甚至,地球之外的整个内太阳系所有行星的地质演化历史,都是在参考月球样品绝对年龄的基础上建立起来的。

但仅仅是量大,还不够。这些样品对我们认识月球,依然太局限了。

这些样品大多来自月球正面中低纬度的月海区域,形成年龄集中在42-32亿年前(也有部分可能形成于不到10亿年前的哥白尼纪)。而在这个范围之外的月球历史事件所对应的时间,全部是以此为锚点,参考其他观测结果(主要是撞击坑统计)外推来的。


相当于之前我们只在月球很有限的一部分区域内,找到了形成于一小段时间里的“化石记录”,却要用来定标整个月球45亿年历史,甚至还用来外推到其他类地行星。

这显然意味着,我们对月球的认识不管在空间上还是时间上,都是极其不全面的

而唯一的解决方法,就是重返月球,采集到更多来自不同地质背景,形成于不同历史时期的月球样品。唯有这样,我们才能完整还原月球的历史,才能真正全面认识月球,认识地月系统,甚至认识整个太阳系的过去。

这正是嫦娥五号的意义所在。

嫦娥五号计划登陆的是月球正面风暴洋北部的吕姆克山(Mons Rümker)一带,并在这里采集样品。

虽然同在月海区域内,但这是一片远离阿波罗和月球号采样区的地方,有着丰富的火山活动遗迹和可能与之前的样品不同的岩石类型。


吕姆克山周围有着非常年轻的月海玄武岩覆盖区域,因此嫦娥五号可能采集到形成于10-20亿年前的年轻样品——这将填补月球地质定年和年代划分上最大的一块空白。


另一方面,嫦娥五号的工程意义也是里程碑式的:采样返回相比于之前的环绕(嫦娥一号二号)和着陆(嫦娥三号四号)任务,难度系数可以说是上了几个台阶——嫦娥五号的发射,意味着我国有望成为继美国、苏联之后,第三个实现月球采样返回的国家。



嫦娥五号如何采回月球样品?

很多小伙伴还会很疑惑,这嫦娥五号的任务过程怎么这么复杂啊?还有啊,这嫦娥一号二号是一件套,三号是两件套,四号是三件套(鹊桥中继星和主任务分两次发射)…

嫦娥五号怎么东西这么多啊,居然有…四件套?


哎,这个感觉就是特别准确,嫦娥五号相比于之前的几个嫦娥任务确实特别复杂,因为采样返回任务要做的事儿真的特别多。

从字面上也可以看出来,月球 采样 返回 任务需要到飞到月球、采样、然后返回,把这个过程进一步拆解一下,就是这个探测器需要完成这么几个主要步骤:

1)发射火箭,从地球起飞

2)从地球上空飞到月球上空

3)着陆在月球表面

4) 在月球表面采样

5)从月球表面起飞

6)从月球上空飞回地球上空

7)把样品扔回地球

光看这个“任务清单”是不是头都秃了?看看嫦娥五号打算如何一步步完成吧。

首先,长征五号火箭发射,把嫦娥五号四件套送往地月转移轨道,然后四件套一起飞往月球。

到了月球轨道之后,四件套两两分头行动:着陆器带着上升器登陆月球采样,环绕器带着返回器在环月轨道待命。



着陆器设计了两种采样方式:一种是钻孔采样,计划将钻孔钻进月面以下2米深的地方,采集岩芯样品;

另一种是机械臂采样,用机械臂的头部铲取月球表面的土壤样品。


采完样品之后,接下来的任务就是从月球表面起飞。这相当于在月球上也要加个类似火箭的发射装置,当然,我们想要的其实只有样品,着陆器那么沉,我们肯定是过河拆桥不带走了的呀。


于是嫦娥五号就有了这个“上升器”的设计,样品封装起来塞进上升器里,上升器上有发动机,负责从月球表面起飞。

但如果要上升器自己从月球起飞直接飞回地球的话,那上升器的设计复杂度和重量(带更多燃料)都要相应飙升,这些压力层层传递最终还是都落在了从地球发射的火箭上。要知道直接返回的苏联月球号任务只挖了100多克月球样品,而嫦娥五号可是打算挖2公斤的。


所以嫦娥五号采用了类似阿波罗载人登月用的方式来转移样品:交会对接。着陆器工作期间,环绕器在环月轨道待命,等上升器起飞之后两者再次碰头。当然,碰头也不是想要一起飞回去,只是为了转移样品而已。

把样品转移到返回舱里之后,上升器也没用了,扔。


然后环绕器带着装着样品的返回舱一起,轻装上路,从月球上空飞回地球上空。

飞到地球上空之后呢,只把包裹着月球样品的返回舱扔回地球大气层就可以了。为了防止在再入地球大气层过程中温度过高,返回舱将经过一条精心计算的,类似“打水漂”一般的曲折路径回到地球表面。

总结来说,想要采集到月球样品并送回地球,嫦娥五号全程需要完成两次发射、两次着陆、一次月轨交会对接“绕月”、“落月”、“返回”全部包圆,所以这环绕器、着陆器、上升器、返回器四件套啊一个都不能少。

东西多,操作复杂,需要的燃料多,当然也就重。之前的嫦娥四号主任务两件套总重3780公斤,天问一号三件套总重近5吨,而到了嫦娥五号四件套,总重直接飙升到了8.2吨——远超发射嫦娥四号两件套的长征三号乙火箭的运力极限。

这也是为什么天问一号和嫦娥五号都必须等待更大运力的长征五号火箭才能发射。事实上,嫦娥五号任务原本是打算在2017年底发射的(你没看错,嫦娥五号本来是打算在嫦娥四号之前发射的),但由于长征五号火箭的进度延迟,才推迟到了现在。(详见:为了去火星,天问一号做了哪些准备?

不积跬步,无以至千里

别看嫦娥五号任务这么复杂,但可一点都不鲁莽。如果咱们拆分开来仔细看每个步骤,会发现很多步骤咱们之前已经在其他探测任务上试验过了,只有几个步骤是完全的“新题型”。咱稳扎稳打,认真踏实的传统美德,可绝不是吹的。

同款火箭的发射,长征五号遥三和遥四均成功完成任务,遥四火箭更是顺利把天问一号三件套送入地火转移轨道。

从地球飞到月球和环绕月球,咱们十几年前嫦娥一号、二号就能做到了。

而着陆月球呢,2013年的嫦娥三号、2019年的四号也分别在月球正面和背面都完成了。


在月球表面钻孔和机械臂采样,这个事儿我国之前是没做过的。但在月球上操作有一定活动能力的机械臂,嫦娥三号的月球车玉兔一号是做过的,所以也算是有一定技术积累的。

从月球表面起飞,全新题型。

在环月轨道交会对接,这事儿我们之前虽然没有在环月轨道上做过,但在地球轨道上已经是轻车熟路了,神舟和天宫就做过n次过交会对接了。

返回舱再入地球我们也是有经验的,神舟五号和之后的多个神舟任务都用类似的返回舱,,把宇航员们安全送回地球表面了。


不过,从神舟回来的返回舱,再入速度没有月球返回舱那么高。为了不让接近第二宇宙速度的返回舱在再入大气层的过程中温度过高,嫦娥五号的返回舱将采用“打水漂”的方式进入地球大气层。

从月球上空飞回地球上空和返回舱“打水漂”再入地球大气层,我国也专门用一个试验任务演习了一遍。早在2014年,嫦娥五号T1试验任务(昵称“舞娣”)专程为嫦娥五号任务做了“实地演习”,它由服务舱(模拟环绕器,不过并没有完整环绕月球)和返回器两部分组成,完成了从地球飞到月球,从月球返回,然后把返回器扔回地球表面几项工作。

可以简单理解为除了没真落上月球采样(当然也就没有对接啥的)别的都探了一遍路。

返回器(里面当然没有样品)最终顺利落在内蒙古四子王旗。

总之,嫦娥五号的整个过程虽然复杂,但其中很多步骤我国是有过类似的成功经验的。

当然,要完成前所未有的目标,嫦娥五号依然需要面对许多全新的挑战,依然需要对未知的危险报以充分的谨慎和心理准备。

但从嫦娥一号二号的“绕”,到嫦娥三号四号的“落”,到嫦娥五号T1的实地演习,到长征五号这样的大火箭…过去多年的智慧和汗水,都成为了今日的宝贵经验和坚实基础。而这些,又将成为我国接下来的深空探测和载人任务最宝贵的财富。

让我们一起期待着嫦娥五号做完这么多习题之后交出怎样一份新答卷吧~

啊对了还有个视频:

最近嗓子有点哑,凑活看吧orz

拓展阅读

阿波罗任务:50年前的今天,月球上的24个小时

嫦娥四号:嫦娥4号中继星“鹊桥”发射成功:一桥飞架南北,天堑变通途

嫦娥4号发射成功:去往从未踏足过的地方,需要一点勇气

兔二醒来,两器互拍!真正的探险才刚刚开始!

人类探测史:月球探测六十年【行星事务所2020年版】

火星探测六十年:一切过往,皆为序章

参考资料

[1] Stöffler, D., Ryder, G., Ivanov, B. A., Artemieva, N. A., Cintala, M. J., & Grieve, R. A. (2006). Cratering history and lunar chronology. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 60(1), 519-596.

[2] Mallapaty, S. (2020). China set to retrieve first Moon rocks in 40 years. Nature.

[3] Qian, Y. Q., Xiao, L., Zhao, S. Y., Zhao, J. N., Huang, J., Flahaut, J., ... & Wang, G. X. (2018). Geology and scientific significance of the Rümker region in Northern Oceanus Procellarum: China's Chang'E‐5 landing region. Journal of Geophysical Research: Planets, 123(6), 1407-1430.

[4] Xie, M., Xiao, Z., Zhang, X., & Xu, A. (2020). The Provenance of Regolith at the Chang'e‐5 Candidate Landing Region. Journal of Geophysical Research: Planets, 125(5), e2019JE006112.


致谢:

本文感谢澳门科技发展基金(FDCT 0042/2018/A2)的支持


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九天探月星河阔,十六寒暑绕落回!

详解嫦娥五号任务的一、二、三、四、五、六、七...

11月24日4时30分,在中国文昌航天发射场,长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道,开启我国首次地外天体采样返回之旅。那么怎么看这个任务的意义、难点、挑战及风险呢?数字说话......

一、一次人类深空探测的奇迹之旅

①采集的月球样本对全人类可能是个奇迹

上2图是这次任务的目标点:嫦娥五号将降落在月球最大的月海——风暴洋(Oceanus Procellarum)底部附近的一个直径70千米山丘---吕姆克山(Mons Rümker)中,这是位于月球西北角的一片暗灰色平原,月面坐标为北纬40.8°、西经58.1°,条件适当的时候在地球肉眼可见。要知道,在这片火山区域,岩石和土壤的历史可能只有12亿年。这些样本理论上将是有史以来返回地球的最年轻的样本(12亿年前地球上已有最低等的真核生物-绿藻出现)。这可比美国航空航天局(NASA)的阿波罗(Apollo)6次任务宇航员返回的样本年纪要年轻得多,后者的年龄介于31至44亿年之间。

这些样本将帮助科学家了解月球在它整个历史的晚期所发生的事情,能更好地了解地球上已经存在多细胞生物的时候,月球上发生了什么。了解月球的历史也有助于我们了解地球和太阳系中其他天体的演变。万一发现了水或者某些生物特征证据,对地球将是个多么好的消息!!

②任务本身也是个奇迹

嫦娥五号任务将有11个重大飞行阶段(发射、地月转移、近月制动、环月飞行、月面下降、月面采样、月面上升、交会对接、月地转移、轨道分离、再入回收11个部分),整个飞行过程23天,有23次重大的轨道控制和6次重大分离控制。特别是嫦娥五号仅依靠太阳能,将在月球上的清晨着陆,并在夜幕降临前启动上升飞行器返回绕月轨道,这个时间段大约等同于14个地球日。上升飞行器将与服务舱会合,将收集到的样本转移到地球返回舱中。然后,服务舱将离开月球轨道返回地球,在到达前不久释放地球返回舱。

从月球返回重新进入地球大气层的飞行器,速度上会比从近地轨道返回的飞行器要快得多,前者的速度约为11千米每秒,而后者则约为8千米每秒。像NASA的阿波罗号任务用到的载人太空舱,须要依靠强力的隔热层对舱内人员进行保护,而嫦娥五号将采取“跳过再入大气”的方式,一跳出大气层就减速下来坠落降至内蒙古。此次的着陆点将与神舟系列载人飞船的回收地点相同。您说难不难?复杂不复杂?真难!真复杂!

还有真人版演示:

二、二个5,长五+嫦五

①壮壮的长五

还得介绍一下胖五,真的很赞!长征五号是中国首款真正意义上的重型火箭。而且环保:液氧煤油+液氢液氧。

  • 火箭总重878t,个大力道也大!
  • 比冲值ok:助推器YF100海平面比冲300s,芯一级YF77海平面比冲312s,在真空中的脉冲比为430秒;第二级YF75D真空比冲442s。
  • 推力爽:近地轨道25吨,地球同步转移轨道(GTO)14吨,地月轨道8吨多,多大力!

②靓靓的嫦五

嫦娥5号,全重8.2吨,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成。多美!

在月球轨道上运行时,着陆器和上升飞行器将下降到月球表面,而服务舱和地球返回舱则会继续保持在轨运行。着陆器将负责钻取并收集样本,使用的仪器则是一个机械铲和可以钻入地下2米的钻头,采集约2kg的月球样本材料。

嫦娥五号着陆器还将携带3个科学有效载荷:

  • 一套相机系统,包括全景相机、激光测距测速敏感器、激光三维成像敏感器等。全景相机系统负责表取采样区域成像、表取采样过程监视和协作等科学和工程目标激光测距测速敏感器将在探测器着陆月面时提供远程距离和速度信息,有望实现国际首次在月球探测器软着陆阶段使用激光多普勒测速技术进行三个正交方向速度测量。激光三维成像敏感器将在探测器悬停时提供月面着陆区的精确三维图像;
  • 一个月壤结构探测仪(Lunar Regolith Penetrating Radar,LRPR)有效载荷,用于绘制地下表面图的穿地雷达;
  • 一个月球矿物光谱分析仪,将对月球表面着陆采样区进行光谱探测和矿物组成分布分析,用来测定着陆点处矿物组成并计算出月球土壤中被锁定的水分含量。

有了这些实地测得的数据和返回地球进行进一步研究的月球样本,科学家将能够对比这两种不同方式得到的结果。

三、世界第三&中国月球探测的三阶段

①世界第三

如果任务成功,中国将成为第三个从月球返回地面样本的国家。以前只有美国和苏联实现了这一目标。美国宇航局NASA成功完成了6次载人阿波罗登月任务,带回了382公斤月球样本,包括岩石、岩芯样本、卵石和土壤;苏联在1970年到1976年间的三次月球任务(Luna 16/20/24)中带回301克月球样品。第一个任务是Luna 16在1970年返回了约100克。Luna20在1972年仅返回了55克。后来,Luna 23在1974年降落了OK,但无法获得样本。上一次执行任务Luna 24于1976年从2米深处收集了170克。

②中国探月的三阶段

2004年,中国正式开展月球探测计划。从13年前的“嫦娥一号”卫星发射升空起,到如今“嫦娥五号”探测器成功发射,“嫦娥家族”前赴后继奔赴月球。实施中,中国的月球探测分为三阶段,

  • 第一阶段是探月,即无人月球探测;
  • 第二阶段是登月,即载人登月;
  • 第三阶段是驻月,即建立月球科研站。

其中,第一阶段的无人月球探测又分为三期,也就是常说的“绕、落、回”三步走。

所谓“绕”,就是要实现卫星绕月飞行探测,绕月时可利用仪器对月球拍照、观测。13年前,也就是2007年10月24日,“嫦娥一号”卫星在西昌成功发射。2009年3月1日,“嫦娥一号”卫星按预定计划受控撞月,为一期的“绕月探测”画上圆满句号。

完成“绕”以后,第二期的“落”立即实施,开展了“软着陆”和月球表面勘察,接收了来自地球的遥控。“嫦娥二号”是“嫦娥三号”的先导星。2010年10月1日,“嫦娥二号”发射成功,卫星轨道设计、导航控制、微小相机视频成像等各项技术均得到验证。任务期间,“嫦娥二号”还与国际编号为4179的图塔蒂斯小行星由远及近“擦肩而过”,最近交会距离不到1公里,首次实现我国对小行星的飞跃探测。

2013年12月2日,“嫦娥三号”探测器发射升空。当年12月14日,“嫦娥三号”探测器自主成功避障,安全软着陆。软着陆的第二天,“玉兔”号月球车与着陆器分离,开始月面巡视勘察。“嫦娥三号”任务的圆满成功标志着我国探月工程第二步战略目标“落”全面实现。

紧接着,“嫦娥四号”2018年12月8日发射升空。2019年1月3日,“嫦娥四号”探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯•卡门撞击坑内,实现人类探测器首次在月球背面软着陆。目前,“嫦娥四号”着陆器和“玉兔二号”月球车分别于11月22日12时和3时10分完成第24月昼工作,进入月夜休眠。截至11月23日,嫦娥四号已在月球背面工作690个地球日,累积行驶里程589.6米。

第三期更为精彩,“回”并非指绕月球飞行的卫星回来,而是登上月球的探测器能够回到地球,科学家要在地球对月球样本分析,未来登月的宇航员也要随探测器返回地球。

现在的“嫦娥五号”正是承担了这样的使命,计划实现月面自动采样返回,助力深化月球成因和演化历史等科学研究。这也是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。通过嫦娥五号任务,我们将实现三大工程目标:一是突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月球样品储存等关键技术,提升我国航天技术水平;二是实现我国首次地外天体自动采样返回,推动我国科学技术重大进步;三是完善探月工程体系,为我国未来开展载人登月与深空探测积累重要的人才、技术和物质基础。

不过,在“嫦娥五号”发射前,2014年11月1日早上6时42分,被誉为“嫦娥5号”的“探路尖兵”再人返回飞行试验返回器在内蒙古四子 王旗预定区域顺利着陆,标志着我国已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回关键技 术。由于我国此前尚没有地球轨道以外的航天器完成再入大气层的返回、着陆与回收经历。而月球返回器的再入返回与近地航天器再入返回相比,具有再入速度高、航程长、热环境复杂等特点。因此“嫦娥5T”担起“嫦娥五号”的探路先锋,提前扫清技术障碍。最终中国航天器首次以第二宇宙速度返回地球,为确保“嫦娥五号”任务顺利实施和探月工程持续推进奠定基础。

对了,还要说明的是:我国探月计划“绕、落、回”三步对应设计的3颗卫星一、三、五号,分别具有备份卫星二、四、六号,用来预防因突发事件而可能导致的计划拖延。例如“嫦娥二号”是“嫦娥一号”的备用星,最后改成为“嫦娥三号”的发射做探测准备,并探测了小行星图塔蒂斯。“嫦娥三号”已经成功完成了“落”的任务,它的备份“嫦娥四号”就去实现了月亮背面的着陆探测!替补队员一样有才哟!

四、四个显著区别及关键技术

和以往任务相比,

①发射时质量更大,嫦娥5号重达8.2吨,而三号四号则只有3.8吨。所以需要胖五出山!

月面逃逸。月球轨道上会留存轨道器和返回器,然后着陆器和上升器分离着陆月球,任务完成后,上升器会以着陆器作为发射平台,脱离月面返回月球轨道,月球的第一宇宙速度是1.68千米/秒,逃逸速度是2.4千米/秒哟;

打洞取样。月面采样任务和月球轨道样品交接,前者会打孔深入月面以下2米取样,后者需要在月球轨道上交接样品,流程复杂,难度极高。

各种对接。上升器需要和轨道器对接后才能转移样品,月球轨道上对接,还是第一次操作,还要保证样品正常交接,同样是重中之重!

五、五个国内首次

嫦娥五号任务有望创造的“中国首次”包括:

  • 一是地外天体的采样与封装;
  • 二是携地外天体的起飞;
  • 三是月球轨道交会对接,
  • 四是携带样品高速地球再入,
  • 五是样品的存储、分析和研究。

上述5点,在我国都是首次。首次就意味着,哇喔,赞!

六:六战六捷&嫦娥家族的嫦六、七、八......

何为六战六捷?

自2004年党中央、国务院批准立项以来,中国先后实施了嫦娥一号、二号、三号、再入返回飞行试验、嫦娥四号等5次任务,实现了“五战五捷”,加上这次“嫦娥五号”任务的成功发射,我们正努力实现中国探月工程第六次任务的圆满成功。

②嫦娥六号、七号和八号

嫦娥家族是个大家族,除了嫦娥一号、二号、三号、四号和五号,我们还有嫦娥六号、七号和八号。其中:

“嫦娥六号”计划在月球南极进行采样返回,到底是月背还是正面,要根据“嫦娥五号”的采样情况来确定。

“嫦娥七号”是在月球南极一次综合探测,包括对月球的地形地貌、物质成份、空间环境进行一次综合探测任务。

“嫦娥八号”除了继续进行科学探测试验以外,还要进行关键技术的月面试验。中国、美国、俄罗斯和欧洲等国家都在论证,要不要在月球建立一个科研基地或者科研站,比如采用3D打印技术,能不能在月亮上利用月壤建房子等。

中国将通过“嫦娥八号”验证部分技术,为以后各国共同构建月球科研基地做前期探索。不过,“嫦娥八号”只是试验部分技术、演练部分功能,不是建成月球基地。

九天探月星河阔,十六寒暑绕落回。从嫦娥一号拍摄的全月球影像图,到嫦娥二号首次实现我国对小行星的飞跃探测,到嫦娥三号成功实现落月梦想、嫦娥四号实现人类探测器首次月背软着陆揭开月球背面神秘面纱,再到嫦娥五号实现月面自动采样返回……回顾我国的探月之旅,甘苦自知但可谓精彩纷呈。

中国人,中国航天人,凭着自己那股子“精气神”,从两弹一星到载人航天,从探月工程到火星探索,从北斗导航到近地空间站,一直在笃定的前进!!

在向着更高更远更具有挑战性的目标征程上,中国航天人正在前进!!

在通往未来的星辰大海征途上,中国航天人正在前进!!

加油!中国航天人!!


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威力强大我胖五,万里送“娥“踏征途;

太空微操技术酷,吃土能手看我兔。

昨晚在嫦娥五号发射直播间熬到1点钟,最后居然没顶住,羞耻地睡着了,我承认我是个伪太空迷。

大清早醒来,第一件事情就是到床头摸手机,打开一看立马精神了:我胖五发射成功!胖五威猛!胖五敞亮!胖五稳了!胖五腻害!中国登月接、化、发(不不不,错了划掉)应该是绕、落、回的最后一关采样返回正式鸣锣开场,真是可喜可贺。

这是40多年后人类首次重返月球表面,目的是去吃土。吃土也要看哪里去吃土,怎么吃土。去月球吃土,档次就特别高,难度和代价特别大,技术细节 @我们的太空 等专业人士说的非常细致,我就不过多重复,我谈谈吃这一口土有多不易。

为了这一口2公斤的土,我们从地面发射的是800吨级别的胖五重型运载火箭,相比之下推到月球轨道的准备吃土的嫦娥五号本体,只是一个8.2吨的小家伙。

不要嘲笑这口土才2公斤!之前人类发射的三艘无人月球采样飞船,吃土总量总共也仅有326克。大口吃土的还是美国的阿波罗系列 ,载人登月的经济代价是恐怖的。

之前吃土成功的飞行任务一共有九次,三次是无人采样,还有六次都是土豪美国的阿波罗计划。

吃土也是要技术的,嫦娥五号机械臂抓外加钻头钻,为的是取到最好的土。

为了来上这一口土,我大嫦娥飞行里程76万公里,历时23天,要有6次重大控制,要在38万公里以外的月轨对接,实施万里绣花式的微操。最后返回器以每秒11.2公里水漂进入,从冰冷的太空到烧蚀高温的考验,吃土者还要经历巨爽的冰火两重天。

月球表面吃完土的嫦娥,本身只有509公斤了。在轨道等她的轨道返回器组合重量仅仅两吨左右,“吃货”组合准备回内蒙古用餐。

回家吃土也不容易,返回器其实是在大气层边缘打水漂减速的,一个不小心漂飞了,不知道掉到哪里,好好的吃土目标就真的要打水漂了。

最终尘埃落定的时候, 发射之前的800多吨的东西都没了,静静躺在我们面前的,就是几十亿一年前的两公斤月球土。

这就是传说中的核心吃土科技。

今天一块大红屏,我还期待月面着陆的大红屏,我还期待轨道对接的大红屏和地球着陆的大红屏。反正我就要Big red screen.

我已经起床,正在开开心心哼着小曲给家人准备早餐。

啥叫民族认同?啥叫凝聚力?啥叫万众一心?啥叫星辰大海?啥叫诗与远方?这就是了嘛。

感谢中国航天工作者不懈的努力,是你们持续不断的奋斗,让我们在航天领域的竞争力赶上了领先的美俄,这一次的“吃土“,让我们在太空技术的队列里,不再望尘莫及。


user avatar   he-xian-sheng-2-74 网友的相关建议: 
      

人类正进入新一轮太空竞赛!

二战后美国和苏联之间的太空竞赛是人类历史上的一个转折点。人类第一次开始在太空领域展开竞争,而且这种竞争因为超级大国之间的冷战而进一步加剧,统治太空和超越对手成为美国和苏联的骄傲之证。

征服太空的竞争是如此之激烈,以至于在上世纪五六十年代,两个超级大国几乎每年都会设立一条新的起跑线。在太空竞赛中有许多“第一”。1957年第一枚洲际弹道导弹、1957年第一颗人造卫星(人造卫星1号)、1957年第一只狗入轨(由人造卫星2号发射)、第一颗太阳能卫星、第一颗通信卫星等等。

太空竞赛不仅在太空研究领域留下了影响,而且在科技领域留下了更广泛的影响。空间主导权所需的技术优势被认为是国家安全的必要条件,是意识形态优越性的象征。

太空竞赛催生了发射人造卫星的开创性努力。它促使竞争激烈的国家向月球、金星和火星发射无人太空探测器。它还使人类在近地轨道飞行和飞向月球成为可能。

事实证明,美国和苏联之间的竞争热情对科学的进步是非常有益的。这两个超级大国的工作文化迥然不同,但为了成为世界上最好的国家,他们都在努力超越对方。

苏联高度集中化的体制对其太空计划的投资来源产生了影响。另一方面,美国却允许私人公司投资于他们的太空计划。美国宇航局,首屈一指的太空研究机构,也是在1958年太空竞赛期间建立的,目的是对抗苏联早期在外层空间的成功。

太空竞赛始于1957年苏联发射人造卫星1号,这在全世界引起了轩然大波。看到人类又一次向进步迈进,政府和群众都很兴奋。

当人类冒险进入太空时,这是一个“轨道转变”的时刻。“这是我个人的一小步,却是人类的一大步”已经成为演讲史上最有力的一句话之一。

在1961年5月对国会的一次演讲中,约翰·肯尼迪总统提出了他对太空竞赛的看法,他说:“现在是非常时期,我们面临着非同寻常的挑战。我们的力量和信念使这个国家成为自由事业的领袖。”

“如果我们要赢得目前世界各地正在进行的自由与暴政之间的战斗,最近几周在太空取得的巨大成就向我们所有人清楚地表明,这一冒险对世界各地的人们的思想产生了影响,他们正试图决定他们应该走哪条路。”

他补充说:“现在是时候迈出更大的步伐,让我们发挥美国的进取精神,让这个国家在太空事业中发挥明显的领导作用。在许多方面,这一事业可能对我们在地球上的未来十分关键”。

两个超级大国的太空计划不仅仅是为了民用目的,它同样与太空军事计划有关。在这方面,两国的想法是通过展示实力来震慑对手,而不必进行真正的战争。联合国必须介入这个问题,以确保外层空间不会成为超级大国的战场。

这就是《外层空间条约》出现的原因。《外层空间条约》是国际空间法的基本法律框架。该条约正式称为《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动所应遵守原则的条约》。

该条约禁止缔约国将大规模毁灭性武器置于地球轨道,或者将其安装在月球或任何其他天体上,或者把他们部署在外太空。它规定只能将月球和其他天体用于和平目的,并明确禁止将其用于试验任何种类的武器、进行军事演习或建立军事基地、设施和防御工事。

苏联人一开始不愿意签署这项条约,因为在他们看来,该条约将限制他们在太空竞赛中对美国的优势地位。他们后来在1967年签署了该条约。迄今为止,已有100多个国家签署了该条约。

太空竞赛没有结束日期,在许多方面,竞赛仍在继续。但美国和苏联之间的“太空竞争”在1975年结束,当时第一次多国载人飞行任务以阿波罗-联盟号联合试验项目的名义进入太空。在那次任务中,三名美国宇航员和两名苏联宇航员成为第一次美苏联合太空飞行的一部分。

太空竞赛给全世界太空研究领域留下了一笔遗产。作为太空任务的先驱者,美国和苏联都通过培训科学家和工程师、技术转让以及允许其他研究人员参观他们的空间实验室等方式帮助他们的盟国完成太空任务。这样,各大国都可以学习和提高与空间研究有关的知识和技能。

总之,太空竞赛是人类历史上最具标志性的事件之一。很难评估其在空间研究和技术领域的全部影响。但有一点是肯定的,如果没有太空竞赛,那么太空研究和太空任务的发展肯定会与今天大不相同。


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转自前几天的回答:

这一次是真正的挑战。意义重大。

虽然当年老美登上了月球,但当时的登月,其实很不完美,存在大量的问题。

我说一下我知道的一个点。

看似平静的月球表面布满了厚厚的一层尘埃(月尘(月球表面覆盖尘土)_百度百科

这些尘埃有多厉害呢?

1、由于太空陨石长期的轰击,这些尘埃被反复撞击、冲击,变得极其细小,有的达到纳米级。

2、由于月球的主要成分是硅盐,所以这些月尘极其坚硬、尖锐、奇形怪状。

3、由于月球表面接近真空,所以这些尘埃由于相互摩擦和太阳风“轰击”,带有大量静电荷。

细小、坚硬、带电的月尘,实际用望远望从地球上就能看出来。表现方式就是月球的晨昏线不是条清楚的线,而是远远高于月球表面的一片光亮的尘埃。

说明月尘在光线的轰击下可以飘到几万米高(月球没有磁场,没有大气层保护,太阳光线中携带大量带电粒子,如α粒子。北极上空的极光是因为太阳中的粒子受到磁场作用并与大气层摩擦产生的极光(自然现象)_百度百科)。

那么当探测器在月球表面降落时,反推器的火焰就会激起大量的月尘。这个很好理解对吧。

那么后果是什么呢?

这些月尘重新下落时,会附着在探测器的所有表面。

这是阿波罗当时的照片。近处的发电装置被月尘覆盖,远处是刚打开的装置。

太空服也会肮脏不堪。而且据返回的宇航员描述,尘埃会跟着宇航服进入返回舱。在回程中,整个返回舱里充满了火药味。

最重要的,这玩意会卡住机械。

影响回收器的展开、合拢。并且导致探月活动中一些任务的失败。

由于这些尘埃带有大量的静电,实际上怎么拍都拍不掉,刮也刮不掉,而且刮的过程中可能会刺破太空服,刮花太阳能电池板、损坏观测器镜头

关于月尘引发的问题,已经被NASA列为人类重返月球将面临的最大挑战。

阿波罗17号宇航员尤金·塞尔南是最后一个在月球上行走的人。他在回归的汇报中说:“灰尘可能是我们在月球上进行科考操作的最大障碍之一。我认为我们可以克服其他生理、物理或机械的难题——除了灰尘。”人类重返月球为何受阻?微小的月尘竟是登月最大阻碍之一


火星探测也会面临同样的问题。不过火星上有气体,可以把尘埃吹掉,而且火星的尘埃圆滑、柔软得多。

月球上就棘手得多。



希望我国已经圆满地解决了包括月尘在内的所有的潜在问题。


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嫦娥五号的重大意义,高票已经说的很好了。

希望采样返回任务一切顺利,这里我先说一点:

长征五号遥三、遥四、遥五,已经连续三次成功发射。

联想当初长征五号遥二发射失利,简直恍如隔世。


当初长征五号一次发射部分成功,一次失利,全网的质疑和嘲讽简直铺天盖地。

应该说,部分建设性的批评和质疑是有道理的,比如管理落后、一线技术人员薪资待遇不足等等现实存在的问题。

所以我们也看到了航空航天体制内从业人员待遇上升,以及商业航天的高速发展。

但也有很多声音直接走向悲观绝望的论调,体制、文化甚至人种落后的言论不绝于耳。

我甚至看到有人断言:长征五号设计彻底失败需推到重来,2025年前中国无望大推力火箭。

现在回过头看,这些言论已不攻自破。


奔向月球的嫦娥五号、以及奔向火星的天问一号能否完全成功,目前尚未尘埃落定。

不论是否成功,我认为对于航天工程探索应有更多包容。

航天工程作为意义重大的科研活动和政治任务,天然吸引了众多关注。

航天工程耗资不菲,的确需要科研和工程人员慎之又慎。

但要看到,新技术、新思维不可避免地面临一定的风险,科研和工程探索中失败是不可避免的。

过去,中国航天长期停留在长征三号火箭低水平重复建设,最重要的原因肯定是投入不足,但害怕失败的保守思维也不能忽视。

Space X早期发射连续失败,如果放到我国,足够归零到下个世纪。

但如果没有快速迭代、多发动机并联、可复用火箭等尝试,就没有Space X今日的辉煌。

所以说,一时的失败不可怕,可怕的是悲观绝望、态度保守导致放弃前沿技术探索。


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据国家航天局消息,2020年11月24日04时30分,中国文昌航天发射场,长征五号运载火箭将我国嫦娥五号探测器成功送入奔向月球的旅程!

火箭起飞瞬间©️Tea-Tia


成功发射,然后呢?先通过这5分钟仿真还原嫦娥五号从发射到返回全过程


一、从嫦娥一号到五号,中国航天再上新高度


月球是地球最近的邻居,也是唯一的天然卫星,是出现在各个人类文明中的重要元素,也是几千年来中国神话传说和文人骚客们魂牵梦绕的所在。

经过了几十年的发展后,中国航天在新世纪后进入新阶段,把深空探测列入重点发展方向之一。对于月球的探测成为焦点,这便是著名的嫦娥探月工程。它正式始于2004年,采用“绕、落、回”三步走发展战略全方位研究月球,目前已经取得了数次任务的巨大成功。

2014年10月发射的嫦娥五号T1试验器拍摄的地球和月球合影©️国家航天局


2007年10月24日,嫦娥一号掀开嫦娥探月工程的大幕,全方位研究了月球的总体情况;

2010年10月1日,嫦娥二号发射,进一步挑战全新技术,结束月球探测任务后飞过距离地球150万千米的日地拉格朗日二点,随后飞掠图塔蒂斯小行星;

2013年12月14日,嫦娥三号和玉兔一号成功软着陆月球,成为37年内再次访问月球的人类使者,嫦娥三号至今仍保有一定工作能力,时长是人类月球探测新纪录;

2014年11月1日,嫦娥五号T1试验器出发,验证嫦娥五号采样返回任务的技术储备;

2018年5月21日,鹊桥号出发,成为人类唯一地球/月球背后通信中继卫星;

2019年1月3日,嫦娥四号和玉兔二号成功着陆月球背面南极-艾特肯盆地,实现人类探测器首次在月球背面软着陆。

嫦娥四号/玉兔二号/鹊桥号任务 ©️国家航天局


而嫦娥五号是嫦娥探月工程中“回”(采样返回)这一步的核心任务,在任务执行期间,它将连续实现一系列极限挑战,都是中国航天前所未有的新高度,标志着嫦娥探月工程的历史性突破。这次任务是人类在时隔44年后再次尝试获取月球土壤样本,对中国探月、乃至整个人类探月有着划时代的重要意义。

嫦娥五号探测器组合体总重达8.2吨,是人类无人探月史上最复杂最重的探测器。把它发射到38万千米外的月球并非易事,这需要中国航天目前最为强大的长征五号系列运载火箭。目前长征五号已有基本型和长征五号B两个型号:前者采用两级半构型,已发射4次、专注于高轨大型任务,例如天问一号和实践二十号等著名载荷;后者采用一级半构型,已发射1次、专注于近地重型任务,即我国新一代载人飞船试验船。嫦娥五号的重量已非常接近长征五号火箭基本型的理论地月转移轨道极限运力,也将通过这次“长五遥五送嫦五”的任务全面证明“胖五”的强大实力。

长征五号基本型和B型运载火箭对比图©️Memorian-QN


嫦娥五号由轨道器、返回器、着陆器和上升器四大部分组成。

其中,轨道器主要负责往返月球期间的动力、能量、通信和交会对接需求等;

返回器负责保管月壤采样样本,重返地球大气并安被全回收;

着陆器负责携带上升器顺利降落月球,完成月面打钻采样、机械臂抓取采样和相关科研任务等;

上升器负责携带收集的月壤样本,离开月球表面,与轨道器再次对接,将月壤转移至返回器中。



嫦娥五号探测器要实现组合体制动绕月、软着陆月球、两种方式采集月壤样本、月球上空交会对接、返回地球并着陆等一系列高难度操作,它的轨道器、着陆器和上升器都需要携带独立却各自功能不同的复杂推进系统,是人类无人探测月球的难度之最。整体难度甚至大幅超过1976年的苏联月球24号任务,那是人类最近一次月球采样返回。

在借由长征五号火箭发射离开地球后,嫦娥五号的轨道器负责主要推进工作,它需要完成轨道保持和数次修正,瞄准月球。

靠近月球后,制动工作,进入环月轨道。

随后,着陆器携带上升器择机分离并着陆月球。为最大限度获得高质量月壤样本,着陆器会采取打钻和机械臂抓取两种方式采集约2千克月壤并封存。

上升器依托着陆器为发射平台,脱离月球引力后,还需要与轨道器在距离地球38万千米外的月球附近完成高难度的自动交会对接。

随后,上升器需要把所有样本转移到返回器中。轨道器与上升器分离,仅携带返回器飞回地球。

最后,轨道器再与返回器分离,仅返回器着陆地球。

嫦娥五号要面对的技术突破众多,且难度极高,仅以最后返回器返回地球这一最后步骤为例足以证明。返回器经由轨道器送到地球附近时,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时的第一宇宙速度(7.9千米/秒)级别。如果直接冲进大气层,巨大的摩擦和冲击可能会让返回器焚毁。因而,返回器将采取在大气层边缘多次“打水漂”的滑跃式返回方式,多次减速。其中每一次与大气接触都需要经过精准计算,最终让返回器以安全速度冲入大气,通过气动减速和降落伞减速等方式,准确安全降落在预定着陆场。最后一小步难度尚且如此,整个嫦娥五号任务过程难度可想而知。


我们甚至可以将嫦娥五号与阿波罗登月飞船进行对比,二者都包括四大组成模块、都要实现近乎完全相同的技术步骤,最大的区别就在于载人探测和无人探测,这也说明嫦娥五号难度已然远超其他无人探月任务。阿波罗登月的背后,有徘徊者、勘测者、月球轨道计划三个无人月球探测项目做铺垫,前后发射了21个任务。我国的嫦娥探月工程在嫦娥五号时,就实现了最大的技术难度跨越,效率和执行力都非常值得肯定。


三、嫦娥五号已经出发 六七八号还会远吗?


在通过嫦娥一号到五号任务完成探月工程“绕、落、回”三步之余,我国还规划了探月四期任务。嫦娥六号计划在月球南极进行采样返回,嫦娥七号计划开展对月球地形地貌、物质成份、空间环境的综合探测,嫦娥八号将集中于科学探测试验和关键技术进一步突破。为与国际上的其他月球探测任务相结合,我国计划在下一个十年建立小型国际月球科研站,邀请欧洲航天局和俄罗斯宇航局参与。这个科研站目标是支持长时段、较大规模的科学探测、技术试验与月球资源开发利用。

2030-2035年间,将其进行扩展,满足短期有人值守、长期自动运行的需求。最终,于2036年至2045年间建成综合型的月球基地,实现人类长期驻留,并完成全面、大规模的科学探测、技术试验与月球资源开发利用。由于月球条件恶劣、资源贫瘠,全封闭的基地完全实现自给自足会比较困难,保持定期的地月往返航班将是维持基地运转的重要保障。

全人类也在期待能通过国际合作,建立人类在月球的第二家园 ©️NASA


四、写在最后

最后,笔者想借机谈一点自己的亲身经历。在大约十几年前,笔者聆听了我国月球探测工程首席科学家、“嫦娥之父”欧阳自远院士的一场科普讲座,他是我国研究天体化学与地球化学领域的巨擘,也领导了我国对月壤的研究。他在讲座中提到,中国仅有1克月壤,是美国总统在中美恢复建交后赠送。这1克实在太过珍贵,他们只敢拿出0.5克绞尽脑汁做各种科研,不让中国人在这个领域落伍。而另外0.5克,则存放在北京天文馆中,它应该属于全体中国人,让所有中国人有亲眼目睹月壤的机会。

随后,笔者又在北京天文馆做起科普讲解志愿者,很多次向观众们详细介绍那隔着放大镜、认真密封起来的0.5克月壤样本。当时我的解说词都会以这么一句话结束:“中国嫦娥探月工程的第三步,就是获得中国自己的月壤样本,请大家继续支持中国航天,我们期待嫦娥成功的那一天”。

如今,我们终于要做到了。


出品:科普中国

制作:太空精酿

监制:中国科学院计算机网络信息中心


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2019年04月24日,《逐梦航天—— 2019“中国航天日”文艺晚会》在湖南卫视播出

晚会现场的中国探月工程总设计师吴伟仁院士为观众们带来一个“惊喜”。他说,按照计划,在不久的将来,嫦娥五号将从月球上带回土壤。这些珍贵无比的月壤,一部分会保存在北京,另一部分则会保存在湖南。

为什么要在湖南保存一份月壤?

吴伟仁院士说:“因为毛主席说啊‘要上九天揽月’,现在呢,我们实现了‘九天揽月’,所以我们应该是可以告慰毛主席啦。

视频地址高清视频在线观看 - 芒果TV

吴伟仁院士关于毛主席的讲话在37分20秒处

水调歌头·重上井冈山

久有凌云志,重上井冈山。千里来寻故地,旧貌变新颜。到处莺歌燕舞,更有潺潺流水,高路入云端。过了黄洋界,险处不须看。

风雷动,旌旗奋,是人寰。三十八年过去,弹指一挥间。可上九天揽月,可下五洋捉鳖,谈笑凯歌还。世上无难事,只要肯登攀。

相关回答


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因为中国还是人才太多,可以随意挥霍罢了。

50、60年代你试试,别说“双非985博士”,高小学历都能进国企,那时候进国企是真正的金饭碗,一辈子吃公家饭。

而且这些高小、文盲还真把工业化给搞起来了,我琢磨着什么社区卖菜、网上叫车,跟从零开始建设工业化比,只能叫低技术劳动密集型行业。


user avatar   fengzhihaojiao 网友的相关建议: 
      

几年前某军区站岗哨兵被袭,枪弹被抢,人死没死不记得了。是不是要提个问题“为何全副武装哨兵面对袭击挂掉”?

大惊小怪。




     

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