从“嫦娥一号”到“嫦娥五号”的探月之路

　　来源：科学大院

　　十一年前，“嫦娥一号”豪情远赴；如今，“嫦娥四号”和“嫦娥五号”整装待发，带着我们中国人的探月之梦，前赴后继。

　　事实上，探月工程的正式建立和开展早已开始。在2004年，中国正式开展月球探测计划，在国务院正式批准绕月探测工程立项后，工程的领导小组便将其命名为“嫦娥工程”，而第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。

　　嫦娥是我国古代神话中的仙女，据说是神箭手后羿的妻子，独自吃了丈夫收藏的不死药，结果飞升到了月亮上。中国探月工程用这个神话传说中的人物来命名，弘扬了中国传统文化，表达了“奔月”这个主题。



　　明朝唐伯虎的《嫦娥执桂图》，题诗为“广寒宫阙旧游时，鸾鹤天香卷桂旗。自是嫦娥爱才子，桂花折与最高枝。”广寒宫、玉桂都是月球的别称

　　同时，嫦娥工程的标志也富有寓意：整体落笔是以中国书法的风格勾勒出一轮弯月；形态上是汉字中的“月”。“月”字中间的两横用一双脚印来表示，象征着中国人载人登月的终极梦想；“月”字圆弧的起笔处形似龙头，龙正是中国的象征；圆弧的末尾看似飞白，细看是由一群飞翔的和平鸽组成，表达了中国航天和平发展的美好愿望。下边标注了CLEP的标识，为中国探月工程（China‘s Lunar Exploration Project）的英语缩写。


嫦娥工程标志

　　无人探测三步走

　　嫦娥工程按计划分为“无人月球探测”、“载人登月”以及“建立月球基地”三个阶段。目前已经发射的“嫦娥一号”到“嫦娥三号”探测器，还有即将发射的“嫦娥四号”和“嫦娥五号”探测器，都属于无人月球探测阶段。

　　无人探测又分“绕”“落”“回”三步走。

　　“绕”为第一期。首先实现卫星绕月飞行探测。这一阶段主要任务在于研制和发射能够探测月球的卫星，卫星和火箭的研制为后续工作铺路。绕月时可利用很多仪器对月球拍照、观测。十一年前，2007年10月24日18时05分发射的“嫦娥一号”是嫦娥工程第一颗卫星，它圆满完成了第一期“绕月”使命。


“嫦娥一号”绕月飞行

　　“落”为第二期。我们的探测器要首先完好无损地降落在月球上，之后才能载人上去。探月飞船一般是主飞船绕着月球飞，然后探测器降落到月球表面。探测完成后，探测器要么留在月球要么回到绕月的飞船上。这个阶段要开展“软着陆”和月球表面的勘察。“软”的意思是别一头撞上去，机器要完好；月球勘察则要能接收地球的遥控。因为月球离地球很远，无线电指挥信号要很长时间才能传达和反馈，这对超远距离通讯的技术以及月球车自动运行和应对突发情况的程序研发也提出了很高的要求。“嫦娥二号”是“嫦娥三号”先导星，先验证了一部分关键技术，又对预选的降落区域进行了探测。随后由2013年12月2日凌晨1：30分发射的“嫦娥三号”实现了月球软着陆，这也是我国航天器首次降落在地球以外的天体。


“玉兔”月球车拍摄的软着陆的“嫦娥三号”

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“回”为第三期。未来，我们的航天员不能当滞留的“嫦娥”，而要随探测器返回地球。同时科学家也需要在地球对月球样本进行分析。因此，这个阶段需要能把月球车采集到的样品带回来的技术。“回”不是指绕月球飞行的卫星回来，而是说登上月球的探测器能回到地球。尚未发射的“嫦娥五号”的任务就是无人自动采样返回。



“嫦娥五号”携带月球样品返回模拟图

　　我国探月计划“绕”“落”“回”三步对应设计的3颗卫星一、三、五号，分别有着备份卫星二、四、六号，用来预防出现突发事件而导致整个计划拖延太久。不过，“嫦娥三号”已经成功完成了“落”的任务，它的备份“嫦娥四号”便无需再重复，而需要承担其他任务了。类似的例子就是“嫦娥二号”，作为一号的备用星，最后改为给三号的发射做探测准备，并飞跃探测了小行星“图塔蒂斯”。

　　落得下 回得来

　　“嫦娥四号”最近引来许多关注，因为它的“通讯中继卫星”“鹊桥”刚刚于2018年5月21日5时28分发射。预计今年下半年发射的“嫦娥四号”计划登陆月球背对地球一面的南极附近的艾特肯盆地，“鹊桥”要发挥通信中继的作用。“鹊桥”升空后，由火箭送入了近地点约200公里、远地点约40万公里的地月转移轨道，经过数次修正，到达距离月面高度约100公里的轨道，再经多次制动后进入绕地月拉格朗日L2点的轨道。


“鹊桥”

　　“嫦娥四号”将是世界首颗在月球背面软着陆和巡视探测的航天器。“嫦娥三号”发射成功后，曾计划不再发射“嫦娥四号”，仅作为三号的备份。2016年1月14日，经过一年半的论证，“嫦娥四号”通过审议，计划降落在月球背面，其基本架构上继承了“嫦娥三号”的着陆器和月球车，外形与上图的“嫦娥三号”相似，但科学载荷会有很大的变化。

　　“嫦娥五号”原本计划是2017年11月发射，之前已经正样测试，但因故推迟。“嫦娥五号”探测器全重8.2吨，由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成，如下图所示。“嫦娥五号”发射的困难主要有4个方面：月球轨道的交会对接、月面采样、月面起飞和高速返回。“嫦娥五号”落月后，将在月球表面上采集大约2公斤重的月面土壤等样本，然后封装放进着陆器的上升段，该段从月面点火升空进入月球轨道，并与轨道器和返回器的联合体交会对接，将样品转移至返回器内，轨道器携带返回器点火飞向地球，在进入大气层前分离，轨道器脱离开到太空中，返回器将降落在内蒙古境内的草原上。


“嫦娥五号”结构（图片来源见水印）

　　“嫦娥五号”先试验了T1试验器，也即验证飞行器能否从月球轨道顺利返回、并降落在预定的位置。假如任务成功的话，“嫦娥五号”将突破“返回”方面的多项关键技术，携带月球岩石样本回到地球，预计任务飞行时间在13天左右。

　　以嫦娥工程代表的月球探测工作是我国迈出航天深空探测的第一步，实现了我国航天深空探测零的突破。祝即将到来的“嫦娥四号”和“嫦娥五号”任务圆满成功！