與“嫦娥”三號(hào)、“嫦娥”四號(hào)不同，“嫦娥”五號(hào)將實(shí)現(xiàn)4個(gè)重大首次突破：首次在月球表面自動(dòng)采樣；首次從月面起飛；首次在38萬千米外的月球軌道上進(jìn)行無人交會(huì)對接；首次帶著月壤以第二宇宙速度返回地球。
第一個(gè)首次：鉆取月壤，無污染封裝
“嫦娥”五號(hào)計(jì)劃在月面采集2千克樣品，并且是通過兩種方式獲得月壤。 一種方式是利用鉆取器，在月球上降落之后，由它來負(fù)責(zé)鉆取，獲取深度為2米的月球樣品。另一種方式是用機(jī)械臂的電鏟鏟取月壤，取得月球表面具有獨(dú)特信息的月球樣品。獲取的樣品必須盡量保持原樣，不能破壞其層次結(jié)構(gòu)。此外還要在月面真空環(huán)境下完成樣品封裝，并帶回地球，整個(gè)環(huán)節(jié)必須分毫不差。蘇聯(lián)曾多次嘗試月面采樣，僅成功3次，共帶回樣品300多克，可見其難度。
第二個(gè)首次：從月面起飛
中國之前發(fā)射到月球表面的探測器，在完成任務(wù)后都留在了月球表面，例如“嫦娥”三號(hào)和“嫦娥”四號(hào)。但本次任務(wù)的核心是返回，月面起飛是最關(guān)鍵的技術(shù)突破。
完成月面采樣后，“嫦娥”五號(hào)的上升器要從月面起飛，擺脫月球引力抵達(dá)環(huán)月軌道。這個(gè)任務(wù)將由上升器來完成，上升器將在月球表面進(jìn)行首次月面起飛，但只能進(jìn)行短距離的飛行。因?yàn)樗鼣y帶的燃料有限，不可能直接飛回地球，只能到達(dá)在月球軌道飛行的軌道器，由軌道器攜帶返回器完成接下來的行程。月面起飛是完全自主的，其姿態(tài)有不確定性，不像在地球上發(fā)射火箭，有穩(wěn)定的發(fā)射平臺(tái)和地面人員提供保障。這是一項(xiàng)十分復(fù)雜的新技術(shù)，相當(dāng)于在月球上發(fā)射一個(gè)火箭，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)射，需要許多關(guān)鍵技術(shù)的突破。
第三個(gè)首次：上升器與軌道器的對接
在月球采集的樣品被送入月球軌道后將與軌道器對接，它們的對接將是“針尖”對“針尖”的對接，而這種對接在距離地球38萬千米外進(jìn)行，地球上無法看見，也根本無法提供數(shù)據(jù)和測控支持，完全由事先植入的人工智能來完成，也就是說月球軌道上任何一點(diǎn)無法預(yù)料的變化都有可能令對接失敗。在交會(huì)對接之后，還要實(shí)現(xiàn)樣品的轉(zhuǎn)移，樣品要從上升器里轉(zhuǎn)移到返回器里，過程也比較復(fù)雜，動(dòng)作很多，難度較大。
第四個(gè)首次：接近第二宇宙速度返回地球
與“神舟”飛船回家時(shí)一頭扎進(jìn)大氣層不同，“嫦娥”五號(hào)返回地球的速度非?？?，將達(dá)到11.2千米每秒的第二宇宙速度，以這樣的速度進(jìn)入大氣層，勢必會(huì)因?yàn)楦邷囟粺龤?。要控制它減速至7.9千米每秒的第一宇宙速度進(jìn)入地球軌道，乃至最終安全返回到指定地點(diǎn)，這些都有很大難度。
要在進(jìn)入大氣層階段把速度降下來，我國選擇了“彈跳式”再入返回技術(shù)。當(dāng)“嫦娥”五號(hào)以計(jì)算好的某個(gè)角度與大氣層接觸后，和大氣層產(chǎn)生相互作用力，“嫦娥”五號(hào)就像碰觸到水面的小石子一樣，彈跳起來，然后再次接觸大氣層，就像人們時(shí)常玩的“打水漂”，以達(dá)到減速目的。這個(gè)控制要求比較高，彈跳需要精確計(jì)算，一不小心就被彈回大氣層外，再也無法回到地球。
為克服氣流等引起的不確定因素，在彈跳過程中，還有多臺(tái)小發(fā)動(dòng)機(jī)在適時(shí)點(diǎn)火，控制姿態(tài)，確保每一步升降都準(zhǔn)確。只有每一步都準(zhǔn)確，才能準(zhǔn)確降落至內(nèi)蒙古中部的預(yù)定降落場。飛行器從月球軌道回家，采用“彈跳式”進(jìn)入大氣層的方式，僅有蘇聯(lián)采用過。
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