嫦娥五号成功登月返回标志着我国探月工程三步走的计划圆满完成,也为我们带回了1731克的珍贵月壤。
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20世纪70年代时,“嫦娥之父”欧阳自远先生通过美国赠送的1g月壤样品,开启了国人登月之旅的探索之路,现在我们有了数以倍计的月壤,连美国都频频抛来橄榄枝,希望可以与中国进行合作,共享月壤研究成果。
在举国欢庆之下总有一些不怀好意的人开始翻旧账,指出即使中国的嫦娥工程获得了成功,其技术仍旧比美国落后四十年,这种刻意捧高踩低的言论遭到了反对。针对这种小人,我们更需要拿出技术上的数据和成就,来证明中国的航天工程虽然起步晚了四十年,但是这些年一直都在飞速地追赶,中国航天人的努力不该在这种谣言之中被抹黑。
阿波罗号登月提及登月,就绕不开美国的“阿波罗载人登月计划”,在当时太空军备竞赛的背景之下,美国的卫星发射时间和送宇航员进入太空的时间都要比苏联迟,因此美国政府急切地想要证明自己,在诸多政治因素的推动之下,“阿波罗计划”诞生了。美国政府用了八年的时间,耗资250亿美元,终于在1969年7月21日将宇航员送上了月球。
这也是NASA这些年以来最喜欢吹嘘的事情,毕竟直到现在,只有美国完成了载人登月的计划。而送阿波罗号飞船进入太空的是有巨无霸之称的“土星五号”,这一超大型火箭至今仍旧位列重载火箭的排名之上。
阿波罗号飞船一共由四个部分组成,分别是指令舱、服务舱、登月舱上升段、登月舱下半段,整个飞船的重量高达40多吨。返回时登月舱被遗弃在了登月轨道里面,登月舱的下降段还有充当临时发射台的作用。
可以说,处在当时的政治背景下,阿波罗计划的成功给美国带来了巨大的社会红利,在1958年到1973年之间,美国一共进行了30次探月活动。阿波罗计划后来又发射了六次,其中五次获得成功,美国总计将12位宇航员送上了月球。
阿波罗工程的后续影响也非常值得关注,一共带动了3000多项产品,其中许多转化成了民用,目前美国太空产业化的发展已经带来了2万亿美元的收入,由此可见,虽然航天科技发展前期耗费的资金较多,但是后期的利润也很大。
嫦娥系列工程美国的阿波罗计划得名于太阳神,而中国的探月计划得名于一位女神仙。中国的传说当中,嫦娥仙子的广寒宫就修建在月球之上,因此我国的登月工程取名“嫦娥”。我国的探月计划严格按照“绕、落、回”三步进行实施。
在2007年时我国的的嫦娥一号卫星成功进行了绕月探测。有了嫦娥一号的完美开头,嫦娥二号紧接着在2010年10月完成了绕月先导探测、日地拉格朗人L3点等多个目标。
到了嫦娥三号时,这位仙子带上了它的宠物“玉兔”,在嫦娥三号成功于月球虹湾地区着陆时,玉兔号月球车也开始在月球表面行走。嫦娥三号实现了我国探测器的软着陆和巡查,三步走的“落”此时圆满完成。
嫦娥三号着陆是我国第一次实行地外天体软着陆,首创了自主避障技术,而我国也是世界上首个利用机器自主避障进行软着陆的国家。
2019年的第四次发射,1月3日时嫦娥四号探测器在月球的背面成功完成软着陆,着陆地点为冯·卡门撞击坑,这也是世界首次,中国向全世界展示了月球背面的环境。在探测器无法直接与地球进行通信的条件下,我们还为它搭建了“鹊桥”,将中继星提前放进了拉格朗日晕轨道。
最后就是成功返航回家的嫦娥工程最关键的一步,我国第一次实现了无人采样返回任务,并且将1731g样品全部带回了地球。由于采样和返回过程的复杂性,航天工程师对嫦娥五号进行了改造升级,它也成为了至今为止我国研制的所有航天器当中最复杂的存在,组成部分高达18种以上。
由于需要在采集样本再将样本安全送回,嫦娥五号的轨道器、着陆器、上升器、返回器等装置要经过多次分离,总共有五个分离面,而且每一个分离面只能用一次,如果出现问题,那么任务就会失败。
再者就是对接,探测器在月球之上采集的样本需要先转移到上升器里,然后在对接完成之后,上升器连接轨道器,再利通轨道器把样本转移进返回器,发回地球。来回转移交换的次数至少3次,要精准地把握时间和每一个环节。
最终嫦娥五号以打水漂的方式返回了地球,返回器先以高速进入大气层,然后在弹回太空中,有效减速之后再进入大气返回地面,这种半弹道跳跃式返回方案是我国新创的技术。
嫦娥黑科技嫦娥系列工程自从立项到现在,发展了也有20年左右了,从最初的嫦娥一号到最后的嫦娥五号,中国都是独立完成的。并且这之中有我们自己的一些奇思妙想,可以说嫦娥工程的顺利实施,吹响了中国航天自主创新的号角,那么我们就来看看嫦娥系列中有哪些黑科技,又获得了怎样的成就吧!
嫦娥一号是我国的探月初次尝试,创新了卫星自动控温技术,实现了在轨温度精准控制。嫦娥二号有了迅猛的进步,首先就是建立了具有独有的月球重力场模型。
嫦娥五号通过高精度测定轨反演的方式,建立了我国100节月球重力场模型,优于国际精度最高的日本模型。
并且在充分考虑月球反照率底下的特点之后,采用了延时积分成像技术,这也是全球首次,依靠这一方法我们获得了7m分辨率全月球的立体影像。
嫦娥三号肩负着首次软着陆的使命,因此在技术上有了更多的革新。这之中最有名的就是自主避障软着陆控制技术。大家可能不知道美苏探月时期,月球探测器都不具备自动观测障碍和避障的功能,所以经常在着陆时撞到障碍物,导致最终着陆失败。
而美国的阿波罗号飞船,因为载人航天的因素,使得可以人为观察操纵进行着陆,宇航员作为重要的外力因素,是必不可少的。
那么如果在无人操纵的情况下,机器要如何实现着陆呢?有的采用气囊着陆方式,或者像是美国的火星探测器好奇号,利用创新的“空中吊车”方式来将探测器轻轻放下,这一地点事先已经经过精细的考察和观测。但是以上的这些探测器虽然都降落成功了,可都不具备自主避障功能。
为了可以顺利实现自主避障和软着陆,嫦娥三号新配备了光学成像敏感器、激光测距敏感器、微波测速敏感器、水平机动推力器等多个装置。为了可以顺利地避障着陆,将复杂的过程分为了四部分,分别是接近段、悬停段、避障段和下降段,每一个部分对于避障的精度要求都不同。
最终着陆位置在星下点4.8米左右的地方,以该点为中心20 m×20 m 区域内平均高程起伏差, 凸起高度和凹坑深度均小于20cm, 坡度小于2°, 优于着陆安全要求。
中国也成为了世界首个实现利用机器视觉进行避障,完成地外天体软着陆的国家。
嫦娥五号的黑科技正是返回舱在新闻中露出来的“黑乎乎”的样子,因为采用了打水漂式返航,返回舱回穿过大气,与之摩擦起火,那么要利用什么样的隔热材料才能确保返回舱内的月壤安全呢?
航天工程师利用了烧蚀防热的方法,将耐烧的材料涂满返回舱外部,使得它在经历3000℃高温炙烤时迅速燃烧,燃烧时能吸收大量的热量,确保内舱的安全。
根据不同部位的受热情况,科学家还做出了不一样的设计。总共采用了7种防热材料。
例如,在气动加热最严重的大底结构采用了新型轻质C–Si–O 蜂窝增强低密度烧蚀防热材料,其密度约为 0.5g/cm3,可承受 6MW/m2的热流环境。
之前只有苏联的探测器成功带回了月壤,美国的月壤是由宇航员登陆之后辅助完成的,因此我国能够将探测器回收并带回如此多的月壤,无疑是位居世界前沿的水平。这之后,许多国家也明确表示我国的防热材料水平已经在世界领先了,想要向我国取经学习。
由此看来如今还在发表我国嫦娥科技落后美国四十年言论的人,应该是并未详细了解过嫦娥系列工程的五次发射,还将目光放在20世纪90年代的中国,认为我国的航天科技还跟30年前一样落后。
殊不知中国早在这30年里稳扎稳打,一步一个脚印,走出了自己的航天之路,发明了诸多新兴科技。中国现在是名副其实的航天科技大国,虽然在载人航天领域仍旧与美国有差距,但落后40年这种话也太过有失偏颇,那些掉队的国家听到了都不会答应。
嫦娥系列工程的顺利完成,除了催生了以上所说的诸多“黑科技”之外,也获得了大量的科研成果。比如说7m分辨率的全月球影像图、月表形貌和地质构造的数据、月球外逸层水含量的最新成果,修正了国际中认为月球存在大量水分子的结论。
结语嫦娥工程的二十年,经历了无数的风雨,在科研信息保密的机制下,中国的航天工程师们只能依靠自己,采用“摸着石头过河”的方式,对各项技术一次又一次的实验。
在那个全世界都将眼光放在火星上的时间段里,中国人坚定不移地在为探索月球做准备。所以这些努力不该因为历史和政治的原因被否定,嫦娥工程的一些技术目前已经领先于美国和全球这是毋庸置疑的。
就像各位工程师说的,月球对于中国人而言含义太过深刻,所以我们一定要亲自上去看看,但是那里也不是我们探测的终点,我们的终点是星辰大海!希望真的能如国外媒体的报道所说,在2030年之前,我们也可以将中国宇航员成功送上月球,期待载人登月获得圆满成功!