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「证券投资信托」去嫦娥五号的《掘土》:跳一场复杂的深空芭蕾

2021-04-14 11:43:05 股票行情

随着嫦娥五号探测器的成功发射,中国首次地外天体采样和返回之旅正式开始。嫦娥五号将从月球上回收大约2公斤的月球样本。

11月24日4时30分,中国在文昌航天发射场成功发射长征五号运载火箭嫦娥五号探月工程。经过约2200秒的火箭飞行,重8.2吨的探月工程嫦娥五号成功送入了地月转移轨道,近地点约200公里,远地点约40万公里。嫦娥五号将在11个阶段和23天的在轨飞行后回收样本。

1970年9月12日,苏联发射了世界上第一颗无人探月取样返回探测器“月球16号”,从月球丰富的海洋中回收了101克的小样品。此后,“月球20号”和“月球24号”分别从月球上取回55克和170克月球样品。

从1969年7月到1972年12月,阿波罗11号到阿波罗17号载人飞船执行了7次载人登月任务。除阿波罗13号中途返航失败外,其余6艘飞船完成登月,成功送12名宇航员登月,带回月球土壤和岩石样品约381.7公斤。嫦娥五号任务成功完成后,中国将成为继美苏之后第三个实现月球采样返回的国家。

带着“地球”回家,跳一场复杂的深空芭蕾

为了从月球上取回样本,嫦娥五号将表演复杂的深空芭蕾。

嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器和升降舵组成,分为15个子系统。这是中国迄今为止开发的最复杂的航天器系统之一。它很大,重量是嫦娥四号月球探测器的两倍多,但它很聪明,要在太空中独自完成一系列“高难度动作”。

根据计划,整个嫦娥五号任务持续了23天,嫦娥五号月球探测器将经历发射入轨、从地球转移到月球、最近几个月刹车和绕月飞行等阶段。然后,着陆器和上升管的组合将从轨道器和返回器的组合中分离出来,轨道器将携带返回器在轨道上运行,而着陆器将携带上升管在月球风暴海洋的东北部着陆,收集大约2公斤的月球土壤样本,并在月球表面工作大约2天期间将其带回地球。

嫦娥五号无人采样器通过采样钻头深入月球和采样机械臂采集月球表面样本两种方法获得的月球样本需要转移到立管。上升管与轨道器对接后,上升管中的样品必须通过轨道器转移到返回器。整个过程必须完美的划分和衔接,任何一个环节都不小心控制,都会影响任务的完成。

月球表面采样返回过程涉及到月球表面样本的转移、月球表面的垂直上升、月球轨道的交会对接等关键技术。中国虽然掌握了空间交会对接技术,但神舟飞船与天宫一号的交会对接,过去是在距离地球400公里左右的地球轨道上进行的。

而嫦娥五号探测器将在距离地球38万公里的月球轨道上完成登高轨道飞行器的交会对接,这是导航卫星无法辅助的。因此,需要突破月球轨道精密测控、月球轨道传感器交互、轻小型航天器对接等技术。

同时,嫦娥五号探测器实施月球采样返回任务后,着陆器将留在月球表面,升降器留在月球轨道,轨道器留在地球轨道。最后,返回者将把样本带回地表,降落在内蒙古四子王旗。技术环节复杂,给开发团队带来了新的挑战。

另外,月球表面白天温度在180摄氏度左右,晚上零下150摄氏度,昼夜温差在330摄氏度左右。无人采样器要应对300多度温差的月球生存挑战,工作时还要经受高温烘烤,对产品的性能和可靠性提出了严峻的考验。

《长武》送《长武》,15首曲目选一首

2007年以来,嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥五号T1再入飞行器和嫦娥四号火箭已送入预定轨道,成功率100%。

然而,这项任务是由长征五号运载火箭发射的。地球同步转移轨道运载能力为14吨,一枚重达800多吨的大型火箭将8.2吨的嫦娥五号月球探测器送上了天空。

嫦娥五号的任务在今年的窗口总共有三天,包括11月的两天和12月的一天,每天只有50分钟。与低地球轨道任务相比,月球探测任务的轨道设计更加复杂。在常规任务中,火箭只需要一个轨道。而“长武”被送到“长武”,15个轨道中有一个被选去了轨道最好的月球。

长征五号火箭总副主任刘兵表示,由于地月距离较远,探测器进行中途修正所需的推进剂有限,而且地月相对位置不断变化,要考虑火箭与探测器分离后的采光系数,这对轨道设计提出了很高的要求。

为了给嫦娥五号节省推进剂,在研制阶段,火箭进行了详细的“窄窗多轨”关键技术验证研究。它可以连续三天每天50分钟的发射窗口,每10分钟一个轨道,共规划15个轨道,每个轨道都可以将探测器准确送入预定轨道,减少轨道偏差修正次数,节省燃料,更快到达月球。

长征五号火箭点火后,需要2000多秒才能到达地月转移轨道。为了把嫦娥五号准确地送到目的地,它必须长时间地在太空中进行艰难的滑行。

滑翔是指火箭主机关闭后,火箭靠惯性向前飞行。长时间滑行对于零下200℃的“冰箭”来说是一个很大的考验。刘兵说,长征五号火箭二次发动机第一次熄火到第二次点火的最长间隔是900秒以上。在这个开合期,大型火箭要完成箭体的姿态调整,低温发动机第二次启动前的预冷等等。

此外,滑行时间越长,火箭在空间辐射影响下的环境变化越复杂,低温推进剂的温度和油箱上的压力也在不断变化。为了确保嫦娥五号的可靠发射,研究人员研究了长征五号的长期滑行适应性,长征五号火箭的首次飞行和随后的几次飞行都验证了这一适应性。

此次发射是继7月23日田文一号火星探测器发射后长征五号的第二次应用任务。从去年底开始,长征五号系列火箭进入高密度发射阶段。这次任务是探月三期工程的最后一战,也是今年长征五号系列火箭的最后一战。预计长征五号乙火箭将于明年初发射空间站核心舱。


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