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嫦娥五号探测器(Chang'e 5 detector)由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个个部分组成。探测器预计在2017年由长征五号运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空,自动完成月面样品采集,并从月球起飞,返回地球,带回约2千克月球样品 。
嫦娥五号主要任务是月球取样返回,它要面对取样、上升、对接和高速再入等四个主要技术难题。根据日前的设计方案,嫦娥五号由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成,其中着陆器将进行月面软着陆,并自动进行月面采样、样品封装等操作,将样品由着陆器的上升段携带升空进入月球轨道,与环月轨道上的轨道器对接,将样品转移到返回器内部,最后轨道器携带返回器点火机动,从环月轨道直接返回地球,返回器将在再入大气层前分离,最后降落在我国北方的内蒙古草原上。
嫦娥五号任务主要的11个任务流程
从这个轨道器、着陆器以及环月轨道对接的复杂设计方案看,嫦娥五号完全就是无人版的阿波罗登月,当前同样计划使用类似设计的深空探测器方案,是美国尚未立项的火星取样返回探测器(MSR),不过MSR最早也要2024以后发射,而我国的嫦娥五号预计2018年左右就要使用长征五号火箭发射,嫦娥五号取样返回的复杂性和先进性在已有和正在研制中的深空探测器里是空前的。当前嫦娥五号探测器着陆器的变推力发动机、交会对接微波雷达和激光雷达的研制都在紧密锣鼓的进行中,着陆器上升段和轨道器所使用的3000牛发动机首次整机试车圆满成功,已经转入初样研制阶段。嫦娥五号可以携带约2千克样本返回地球,这是使用复杂的月球轨道对接设计的结果,之前的苏联Luna 16探测器整体落月,最终取回样品仅有100克。
按照我国航天的惯例,嫦娥五号肯定还有一个备份星,如果嫦娥五号任务顺利的话,它很可能赋予嫦娥六号的编号,增减部分设备提高技术水平,根据探月一期和二期的月球探测成果,选取探测价值更大区域如月球极区或是在月球背面取样返回。不过嫦娥六号还太过遥远,很难对此做出有效的预测。
嫦娥五号返回舱已经在研制之中,从奔月轨道上返回的航天器有着很大的速度,如果无法减速,那么就会“弹”出地球大气层,再入之后的返回舱速度将达到每小时4万公里左右,相当于32马赫左右,迄今为止中国设计的飞船没有达到如此高的再入速度,因此如何安全控制返回舱重返大气层是嫦娥5号能否成功的关键。
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飞行试验器总指挥、总设计师杨孟飞介绍,飞行试验器由服务舱和返回器组成,其中,服务舱是名副其实的“大块头”,而返回器是与“大块头”紧密相连的“小不点”。 飞行试验器共有十一个分系统,即:结构分系统、机构分系统、热控分系统、数管分系统、供配电分系统、测控数传分系统、天线分系统、工程参数测量分系统、GNC、服务舱推进分系统、回收分系统。服务舱以嫦娥二号卫星平台为基础进行适应性改进设计,而返回器则与探月三期正式任务中返回器的状态基本保持一致。 激流勇进的深空探测舞台向来讲求争分夺秒、以快为先。我国计划于2017年在海南文昌航天发射中心发射嫦娥五号月球探测器,进行无人自动采样返回试验。而实施月地返回、半弹道跳跃式高速再入返回、返回器气动外形设计、返回器防热设计、验证半弹道跳跃式再入制导、导航与控制以及轻小型化回收着陆技术等六大技术难点是决定任务成败的关键。为了验证这些无法在地面进行试验的技术,“小飞”甘当开路先锋,与时间赛跑。
“小飞”这么快就“出阁”,得益于不断提速的探月工程实施进程。中国科学院院士、五院科技委顾问叶培建指出,探月工程“绕、落、回”三步走的战略步骤,相互关联,又不完全顺序排列,拿二期工程“落”和三期工程“回”来说,两期任务各自有安排。从嫦娥一号、二号到三号任务,每次任务都完成的十分出色,原有的一些备份星的计划安排也就相应做了调整,整个探月工程的进程实际上加快了。
与神舟飞船“大哥哥”的强壮身形相比,“小飞”身姿娇小婉约,它的返回器只有神舟飞船返回舱的十分之一。
可别被“小飞”婉约的气质所倾倒,由身着金色多层材料的服务舱、银色返回舱组成的“小飞”,远看犹如穿“金衣”着“白甲”的将领。“娘家人”五院为它量身订制了各类“钢筋铁骨”,可以说它是“飞坚强”。
深空探测从来就没有康庄大道,探索路上遍布荆棘和未知的挑战。据杨孟飞介绍,此次“小飞”出行,如何安全地“回娘家”就是一个艰巨的挑战。如从高空往下扔石头一样,距离地面越高,石头落地的速度就越快,“小飞”要从距离地球38万公里的月球返回,到达地球时的速度将会十分“恐怖”,与之相随的摩擦热防护等风险严重威胁着“小飞”,它的主要任务就是解决怎么顺利飞到月球和怎么从月球安全和顺利地回来。
为了节省发射成本,“快、好、省”地验证这一技术,五院的科技工作者巧妙设计了“小飞”娇小的外形和强健的体魄,并在新产品、新技术、新工艺上下足了功夫,通过一
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系列的技术创新,为“小飞”武装起了更轻量、更稳定、耐高温性更强的“霓虹羽衣”,为它在天地的自由、安全驰骋保驾护航。
嫦娥五号的第一个科学方针是展开着陆点区的描摹探测和地质布景勘测,获得与月球样品相关的现场阐发数据,创建现场探测数据与实行室阐发数据之间的联系。
重要包含:着陆区的地形地貌探测:采样点四周描摹与布局机关特性;撞击坑的描摹、巨细与散布等。物资成份探测:采样点的物资成份特性;月壤物理特征与布局;月壳浅层的温度梯度探测等。
第二个科学方针是对返回高空的月球样品进行体系、持久的实行室研究,阐发月壤与月岩的物理特征与布局机关、矿物与化学构成、微量元素与同位素构成、月球岩石构成与演变进程的同位素春秋测定、宇宙辐射与太阳风离子与月球的互相感化、太空风化进程与环境演变进程等,深入月球成因和演变汗青的研究。
嫦娥五号和六号将共同完成中国探月三期工程“回”的任务,即实现月球采样后自动返回。它们将带着“四件套”升空,分别是月球着陆探测器、月面巡视器、月面上升器和轨道返回器。
要实现中国第一次月球采样返回,需要突破很多技术,如样品采集技术、月面上升起飞技术、月球轨道交会对接技术等,因为是高速返回,还需要突破载录技术等。 据了解,采样方面,不仅要采获月球表面的月土,还要打孔,从2米底下的月球土层中取出不同深度的材料,拿回地球,因此嫦娥五号上还将携带钻机
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