NASA月球探測器拍攝到嫦娥五號 照片可見輪廓
(觀察者網訊)12月1日,嫦娥五號探測器成功着陸月球。第二天,美國航空航天局(NASA)的月球勘測軌道飛行器(LRO)拍攝到了剛剛抵達月球的嫦娥五號探測器。
NASA拍攝到的嫦娥五號探測器 圖自LRO網站
根據NASA公佈的照片顯示,嫦娥五號探測器位於一個三角形的隕石坑中心,照片可以明顯辨認出着陸器的輪廓。
NASA拍攝到的嫦娥五號探測器 圖自LRO網站
12月1日着陸月球后,嫦娥五號完成採樣封裝等科學任務,並首次在月球獨立展示國旗。12月3日23時10分,嫦娥五號上升器成功將攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。我國首次實現地外天體起飛。
嫦娥五號着陸器和上升器組合體全景相機拍攝五星紅旗在月面成功展開
嫦娥五號上升器月面點火(來源:新華社)
嫦娥五號着陸器和上升器組合體動力下降過程降落相機影像(來源:環球時報-環球網)
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12月3日23時10分,嫦娥五號上升器3000N發動機工作,成功將攜帶樣品的上升器送入到近月點環月軌道。點火起飛前,着上組合體實現月面國旗展開以及上升器、着陸器的解鎖分離。此次國旗展開是我國在月球表面首次實現國旗的“獨立展示”!
與地面起飛不同,嫦娥五號上升器月面起飛不具備成熟的發射塔架系統,着陸器相當於上升器的“臨時塔架”,上升器起飛存在起飛初始基準與起飛平臺姿態不確定、發動機羽流導流空間受限、地月環境差異等問題;另外由於月球上沒有導航星座,上升器起飛後,需在地面測控輔助下,藉助自身攜帶的特殊敏感器實現自主定位、定姿。
點火起飛前,着上組合體實現月面國旗展開以及上升器、着陸器的解鎖分離。此次國旗展開是我國在月球表面首次實現國旗的“獨立展示”。點火起飛後,上升器經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入三個階段,進入預定環月飛行軌道。隨後,上升器將與環月等待的軌返組合體交會對接,將月球樣品轉移到返回器,後者將等待合適的月地入射窗口,做好返回地球的準備。
嫦娥五號如何回
2020年11月24日,嫦娥五號探測器成功發射,探測器將實施月球採樣、返回任務,實現中國探月工程三步走的最後一步“回”。
嫦娥五號經地月轉換軌道、環月軌道飛行後,在月面選定區域成功着陸(落月),目前它已完成月球樣品採集工作、經月面起飛。之後,嫦娥五號探測器的上升器,將和正在月球軌道上的軌道器完成交會對接,經過月地轉移軌道、再入回收等飛行階段的在軌飛行過程,最終完成“挖土”並返回地球。
在此之前,記者也瞭解到,在這個過程中,上升器以着陸器爲發射平臺,點火發射脫離月面。成功離開月球表面後,將和正在月球軌道上的軌道器對接,但這個“擁抱”過程並不容易。
在遠離地球的太空裡,上升器和軌道器之間的對接堪稱“針尖對針尖”,這樣高難度的宇宙空間定位,也完全依賴嫦娥五號自身的人工智能系統。
上升器成功對接返回器後,還要逃脫月球的引力,這就首先要達到月球的第一宇宙速度1.68千米/秒。而要脫離月球引力飛向地球,則需要達到月球的逃逸速度2.4千米/秒。
這次,科學家提出的挖土目標是約2公斤——鑽取的樣品是約0.5公斤,表取的樣品是約1.5公斤。有人會問,好不容易去一趟,爲啥不多挖一點回來?
這是因爲,採集量的多少需要與容器的大小相對應,繼而影響到整個探測器的體積、重量,以及推進劑的需求。比如爲了鑽取0.5公斤的樣品,探測器上的鑽取機構要達到七八十公斤;爲了表取1.5公斤的樣品,表取機構也要幾十公斤;這100多公斤的採樣機構都要由探測器送到月球去,會影響到探測器整體的重量、體積和功耗。
所以此次發射質量非常大——嫦娥五號探測器的總重量達到8.2噸。增加樣品重量就意味着最後可能會超過火箭的運載能力,所以2公斤的量已不算少了。
“擁抱”過程將被全程記錄,即便沒光線也能拍得清清楚楚
據此前報道,在嫦娥五號任務中,由中國航天科技集團八院研製的紅外及可見光雙譜段監視相機,將完美呈現軌道器與上升器的“擁抱”過程。
此次嫦娥五號所搭載的雙譜段監視相機是一款專業“拍照神器”,其主業就是記錄軌道器與上升器的交會對接過程,以及軌道器與着陸器/上升器組合體分離、與支撐艙分離過程。與以往任務中所搭載的監視相機不同的是,這款相機集紅外和可見光成像於一體,紅外和可見光傳感器經各自的光學鏡頭獲取圖像數據,根據遙控指令要求在六種拍攝模式中自由切換,實現紅外和可見光分別或同時成像。
這就相當於給普通相機加了一個夜視儀,即使交會對接過程發生在月背,接受不到太陽光照,我們也可以通過紅外相機記錄下全過程。而在有光照的情況下,如果光照太強,可見光相機拍攝的照片也可能存在過曝的情況,影響觀看效果。有了這款雙譜段相機,就可確保全天時、全光照條件下記錄交會對接過程,也可以讓大衆從紅外鏡頭的視角看看太空。
返回器將從38萬公里外趕回地球,進入大氣層姿勢就像“打水漂”
嫦娥五號返回器返回地球的最後一步,也是難度技術很高的一個環節。因爲返回器從38萬公里遠的月球風馳電掣般飛到地球附近時,速度會逼近第二宇宙速度(11.2千米/秒),這個速度遠遠高於普通返回式衛星返回地球的第一宇宙速度(7.9千米/秒)級別。
這3公里的速度差,會有很大影響嗎?
當然會!以這樣的速度直接衝進大氣層,巨大的摩擦和衝擊足以讓返回器快速焚燬。所以,返回器採用了一個很特別的“姿勢”回到地球——它將在大氣層邊緣滑躍,多次減速,就像“打水漂”一樣。
但和我們平常靠手感打水漂不同的是,返回器每一次與大氣接觸都要經過精準計算,最終以安全速度衝入大氣,再通過氣動減速和降落傘減速等方式,準確、安全降落在預定的着陸場。
爲了嫦娥五號返回器的“打水漂”式返回,我國還曾在2014年,用嫦娥五號再入返回飛行試驗任務演習了一遍。
那次任務是我國首次採用半彈道式跳躍的返回方式,返回器進入大氣層後受控躍起,經過滑行再次進入大氣層並飛向落區。但這種方式對控制精度提出了極高要求,返回器如果“跳”得過高會偏離落區,“跳”不起來則可能直接墜入大氣被燒燬。然而距地面60—90公里的高層大氣變化無窮,受到黑天白夜、太陽風、地磁場等多種因素影響,大氣變化誤差很大,需要制導導航與控制系統具備很大包容性。
如果此次任務圓滿成功,中國將成爲世界上第三個從月球採集樣本返回地球的國家。但我國的探月任務還遠沒有結束。從嫦娥一號升空開始,到嫦娥五號探測器發射,我們還處在“無人探月”階段。探月工程的第二階段和第三階段分別是載人登月和建立月球科研站。
嫦娥五號任務完成預計需要20余天,完成月面自動採樣與封裝之後,將迎來5個挑戰:
NO.1月面上升階段:
上升器帶着裝封好的月面樣品放入上升器中,上升器從月球表面起飛。
NO.2月球軌道交會對接與樣品轉移:
上升器起飛之後與在環月軌道待命的軌跡組合體再次碰頭,實現交會對接,把樣品轉移到返回器裡。
NO.3飛回地球:
軌道器帶着裝有樣品的返回器一起,輕裝上路,從月球上空飛回地球上空。
NO.4穿越地球大氣層:
飛到地球上空之後,返回器與軌道器分離,包裹着月球樣品的返回器穿過地球大氣層。
NO.5返回器着陸:
嫦娥五號返回器最終着陸在內蒙古四子王旗,完成搜索與回收。
目前,嫦娥五號探月之旅過半,下一步,嫦娥五號上升器將和軌返組合體,在預定時機加速進入月地轉移軌道,踏上“回家”征途。