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嫦娥五號落月 完成鑽取採樣及封裝

12月2日,在北京航天飛行控制中心拍攝的落月後的嫦娥五號探測器。



(綜合報導)北京時間12月1日23時11分,中國嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度附近的預選著陸區,並傳回著陸影像圖。北京時間2日4時53分,探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取採樣及封裝。
嫦娥五號探測器自動採樣任務採用表鑽結合,多點採樣的方式,設計了鑽具鑽取和機械臂表取兩種「挖土」模式。

12月1日22時57分,嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開始實施動力下降,7500牛變推力發動機開機,逐步將探測器相對月球速度從約1.7公里/秒降為零。期間,探測器進行快速姿態調整,逐漸接近月表。此後進行障礙自動檢測,選定著陸點後,開始避障下降和緩速垂直下降,平穩著陸於月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區。著陸過程中,著陸器配置的降落相機拍攝了著陸區域影像圖。
成功著陸後,著陸器在地面控制下,進行了太陽翼和定向天線展開等狀態檢查與設置工作,正式開始持續約2天的月面工作,採集月球樣品。

成功落月三大看點

經過約38萬公里、一周左右的地月轉移、近月制動、環月飛行之旅,12月1日晚間,嫦娥五號探測器穩穩降落在月球正面風暴洋北部呂姆克山、夏普月溪附近。這是中國探測器第三次在月球表面成功軟著陸,也是人類探測器首次踏足月球上的這一區域。
險!600公里外「全自主跳傘」
在距月面1.5公里時,嫦娥五號利用光學成像敏感器進行粗避障,剔除大型障礙物;距月面僅百米時,嫦娥五號上的備用激光三維成像敏感器進行精確避障,精準識別選好落點。
一邊下降一邊避障,待嫦娥五號飛到選定著陸點後,一個側身開始垂直下降,並在距離月面較近時關閉發動機、自由落體……
著陸腿緩衝著陸!至此,嫦娥五號完美落月!
主動減速、快速調整、迅速接近、精準選點、穩步著陸……整個落月過程,一系列複雜精細的動作都由嫦娥五號自主完成。
「嫦娥五號任務的落月和近月制動一樣,都是只有一次機會,必須一次成功。可以說,落月的過程就是邊飛行邊找尋落點,在15分鐘內,完成約600公里外的全程自主跳傘。」中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢說。
著陸後,在地面測控方和空間應用科學任務支持下,嫦娥五號依次完成狀態檢查、預備工作狀態設置、著陸區成像等任務……
為了實現「選址正確,落得準確」,嫦娥五號採用了中國航天科技集團五院502所已經在嫦娥三號和四號上應用的「粗精接力避障」的方式,即在502所研製的制導導航與控制(GNC)系統的指揮下,將「粗避障」與「精避障」相結合,讓嫦娥五號穩穩地降落。
穩!嫦娥五號「大腿」顯身手
落月的關鍵在於「平穩」二字。嫦娥五號落月時,撞擊月面會形成較大的衝擊,必須設計相應的著陸緩衝系統,吸收著陸的衝擊,保證探測器不翻倒、不陷落,這是落月的技術難題之一。而著陸緩衝機構,通俗地說就是嫦娥五號的「腿」。
這四條緩衝、支撐一體化的「腿」可不一般,它們是嫦娥五號機構分系統團隊精心設計、巧手研製,更擁有嫦娥三號、嫦娥四號的完美基因。
據介紹,著陸緩衝機構具有完全自主知識產權的「偏置收攏、自我壓緊」式方案,保證了收攏簡單、展開可靠,解決了著陸緩衝、著陸穩定性等多方面的問題。
與嫦娥三號的著陸緩衝設計方案相比,由於任務難度增加,嫦娥五號任務的著陸緩衝能力要求提高了30%,但機構重量指標卻減少了5%,這為研製團隊帶來了不小的難題。
面臨減重的難關,研製團隊反覆迭代,每次修改完設計,討論時一旦發現新的減重突破口,又毫不猶豫地再次推翻設計、繼續修改,最終達到了設計指標,確保了嫦娥五號穩定可靠地完成與月球的親密「擁抱」。
准!落月點仍屬月球探測「處女地」
此次嫦娥五號的月球著陸區域名叫「風暴洋」,周圍有1300米高的火山群,環境之險峻名副其實,讓嫦娥五號此行更加充滿探險的意味。隨著嫦娥五號的造訪,月球風暴洋舉世聞名。
科學家們認為,著陸在此是十分明智的選擇。從地球上看起來,這裡更像是廣闊、黑暗的熔岩平原。
過去,這裡還從未有過任何人類探測器到訪過的足跡。
為何選擇在這裡?雖然這裡和嫦娥三號在月球虹灣著陸點的緯度基本相當,但根據目前研究成果,這塊區域形成的地質年代較短,約37億年。中科院國家天文臺專家表示,此次嫦娥五號有望獲取最年輕的月球返回樣品,在月球火山活動和演化歷史研究等方面取得原創性的科學成果。
由於涉及採樣後上升器的月面起飛,嫦娥五號落月的過程也是為後續上升器月面起飛選擇「發射場」的過程。專家介紹,相較於嫦娥三號、四號,嫦娥五號需要著陸區域內無太高的凸起、無太深的凹坑,並且坡度要符合任務要求,這對著陸點的位置精度和平整度方面提出了更高要求。
嫦娥五號採樣同時用「表取和鑽取」兩種方式採樣。「表取」,就是從月球表面通過機械臂和機械爪的配合,抓取一部分月壤。而「鑽取」則是要通過特殊的鑽頭,鑽到月表以下兩米左右的位置,把月壤整體取出來。
「這樣能夠更加原汁原味地保留月表以下兩米的月壤構造情況,讓科學家們能夠更加清楚地瞭解到月壤的構造和分佈以及每一層的特徵。」中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器鑽取子系統技術負責人王國欣說。

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