嫦娥五號

嫦娥五號探測器是中國探月工程“繞、落、回”規劃中第三階段的月球探測器，執行中華人民共和國的首次地外天體取樣返回任務，計劃採集約2000克月球樣本返回地球。嫦娥五號於2020年11月24日凌晨4時30分在海南文昌航天發射場發射升空，完成月球表面自動取樣任務後，攜帶1731克月球樣品於12月17日凌晨1時59分在內蒙古四子王旗著陸場著陸。這是繼月球24號之後時隔44年人類再次從月面帶回月球樣本。歷史.2004年1月23日，時任國務院總理溫家寶正式批准月球探測工程經立項，工程被命名為“嫦娥工程”，分為“繞、落、回”三個階段。第三期工程實施時間為2011年至2020年，目標是月面巡視勘察與取樣返回。2011年1月，國務院正式批覆嫦娥五號立項，探測器啟動研製工作。2012年12月，嫦娥五號探測器系統方案完成階段研製總結評審，轉入初樣研製階段。2013年11月，嫦娥三號發射前夕，中國工程院院士、著名運載火箭專家龍樂豪表示，第三階段“回”是嫦娥五號、嫦娥六號的任務，時間可能是2017年到2020年。2014年3月，“嫦娥五號”總指揮顧問、總設計師顧問葉培建透露，鑑於嫦娥三號已經由2015年提前至2013年完成，嫦娥五號也有望從2020年提前至2017年完成。2014年10月，中國跳躍式再入返回飛行試驗成功，為探月三期工程驗證了相關技術，獲取了有效的試驗資料。2015年7月嫦娥五號探測器全面進入正樣研製階段。2015年3月，國家航天局局長許達哲透露，嫦娥五號發射日期為2017年前後。2017年4月，用於發射嫦娥五號探測器的長征五號遙三火箭在天津大火箭基地進行總裝。同年6月7日，中國航天科技集團公司在全球航天探索大會上首次公佈了探月三期工程的總體方案。同年7月2日，長征五號遙二運載火箭發射實踐十八號衛星失利，原定2017年底發射的嫦娥五號任務被迫推遲。2019年12月27日，長征五號遙三運載火箭發射實踐二十號衛星成功，長征五號成功復飛，困擾這款火箭的發動機問題基本獲得解決。2020年7月，嫦娥五號探測器空運抵達發射場，此後開展了將近5個月的發射場工作。2020年9月下旬，長征五號遙五運載火箭由遠望運輸船隊安全運抵海南文昌清瀾港，並透過公路運輸方式分段運送至中國文昌航天發射場。此後，火箭按照測試發射流程，陸續完成了總裝、測試等各項準備工作。11月17日上午，活動發射平臺駛出發射場垂直測試廠完成垂直轉運。任務目標.嫦娥五號的科學目標為：工程目標包括：系統組成.探測器組成結構.嫦娥五號由軌道器、返回器、上升器和著陸器組成，總質量達8200千克。都分別具備獨立飛行能力及月面著陸、取樣、上升、對接、返回等功能。在取樣返回任務中，各組成部分發揮了不同的作用嫦娥五號設計有兩種取樣方式，用以豐富樣品型別。其一是在月面打鑽，是為取得較深層的月壤；其二是用機械臂在月球表面取樣，在有限範圍內橫掃收集月壤。兩種樣品的比例約為1：3，表面採取的月壤更多。隨後，上升器將攜帶月壤樣品從停駐在月面的著陸器上起飛，並由軌道器抓獲，將月壤樣品轉移到返回器裡。載荷.嫦娥五號的有效載荷全部安裝在著陸器上，按功能可分為科學類載荷和工程及支撐類載荷，具體包括：其他輔助系統.任務的其它系統包括：任務歷程.嫦娥五號從發射入軌到返回器再入回收，共經歷11個飛行階段：發射入軌階段、地月轉移階段、近月制動階段、環月飛行階段、著陸下降階段、月面工作階段、月面上升階段、交會對接與樣品轉移階段、環月等待階段、月地轉移階段和再入回收階段。發射經過.2020年11月23日18時30分許，長徵五號運載火箭開始加註液氧液氫低溫推進劑。24日凌晨4時30分，在中國文昌航天發射場，用長征五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器，火箭飛行約2200秒後，順利將探測器送入預定地月轉移軌道。探測器經過兩次中途修正和兩次近月制動後進入環月軌道。11月30日04時40分14.822秒，嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體順利分離。月面著陸與取樣.在月球背面實施兩次環月降軌機動後，於12月1日22時57分從距離月面15公里處開始實施動力下降，7500牛變推力發動機開機，調整對月速度、姿態調整，以接近月表。23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在位於月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區附近的預選著陸區，並傳回著陸影像圖。隨後著陸器在地面控制下，進行了太陽翼和定向天線展開等狀態檢查與設定工作。此後正式開始持續約2天的月面工作。採集月球樣品的工作總共分配了19個小時。在鑽取過程中，鑽頭在月表下1米遇到超預期阻力，為穩妥起見，決定不鑽到預定的2米深度，提前結束鑽取工作，探測器接著使用機械臂進行了表取工作。12月2日22時，月球表面自動取樣順利完成，並已按預定形式將樣品封裝儲存在上升器攜帶的貯存裝置中。由於鑽取提前結束，最終採集的樣品質量為1731克，未達到預期的2000克。月面起飛上升.在完成月面取樣和封裝工作後，嫦娥五號上升器3000N發動機於2020年12月3日23時10分21秒點火脫離著陸器起飛上升離開月面，並經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入三個階段後進入環月軌道。這是中國首次實現地外天體起飛。交會對接與樣品轉移.12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，並於6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中。交會對接是透過遠端導引和近程自主控制，軌道器返回器組合體逐步靠近上升器，以抱爪的方式捕獲上升器。這是中國航天器首次實現月球軌道交會對接。月地轉移.2020年12月12日9時54分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體在約6天的環月等待後，實施了第一次月地轉移入射，從近圓形軌道變為近月點高度約200公里的橢圓軌道。在該軌道上飛行3圈後, 於12月13日9時51分，實施第二次月地轉移入射，四臺150牛發動機點火，約22分鐘後發動機正常關機，軌道器和返回器組合體進入月地轉移軌道。2020年12月14日11時13分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體上兩臺25N發動機工作約28秒鐘，完成第一次月地轉移軌道修正。12月16日9時15分完成第二次月地轉移軌道修正。再入返回.2020年12月17日，在到達軌返分離點時, 軌道器與返回器分離，軌道器完成規避機動，返回器慣性飛行。1時33分，嫦娥五號返回器在距地面高度約120公里處，以接近第二宇宙速度高速進入地球大氣層，實施初次氣動減速。下降至預定高度後，返回器向上躍出大氣層，到達最高點後開始滑行下降。之後，返回器再次進入大氣層，實施二次氣動減速。在降至距地面約10公里高度時，返回器開啟降落傘完成最後減速並保持姿態穩定，隨後在預定區域平穩著陸。1時59分，嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸，任務完成。12月17日2時21分許，空中搜索回收分隊發現嫦娥五號返回器。2時30分許，地面搜尋分隊抵達嫦娥五號返回器著陸點。8時15分，嫦娥五號返回器透過中國人民解放軍陸軍航空兵-{米}--17V-5直升機吊運至朱日和機場，吊裝前為防止返回艙剩餘燃料凍結對其採取了保溫措施。15時50分，嫦娥五號返回器由中國人民解放軍空軍運-9自朱日和機場起飛轉運並預計於17時30分抵達北京，轉運前於機場廠房排空返回器燃料。20時左右運至航天五院。當晚，航天科技集團五院為嫦娥五號返回器舉辦了“回家”歡迎儀式。拓展任務.由於長征五號遙五運載火箭入軌精度高，嫦娥五號軌道器省下了200多公斤燃料，軌道器計劃使用餘下燃料進行一次月球重力助推前往日地拉格朗日點L1點。此次拓展任務目標包括：驗證地球—日地L1點轉移軌道的設計與控制技術；在日地L1點附近開展長期探測，驗證L1點環繞軌道設計與控制技術；對日地L1點附近光照、輻照等環境進行檢測，驗證相關分系統的適應能力；擇機開展日凌期間探測器與地面的測控通訊試驗。日地L1點探測試驗後，將根據軌道器狀態和約束條件等情況，酌情開展其他拓展任務。2021年3月15日13時29分，嫦娥五號軌道器首次穿越地球繞太陽公轉的黃道面，成功抵達日地L1點，成為中國首顆抵達日地L1點的航天器。2021年9月初，有無線電愛好者發現嫦娥五號進行了一次變軌，離開了日地L1點，重新返回地月系，並於9月12日飛掠月球后進入了遠地圓軌道。2021年11月18日，嫦娥五號再次飛掠月球。2021年12月，嫦娥五號進入離月球約100000萬公里的大幅值逆行軌道(DRO)。樣品處理及後續科研.樣品處理.為避免月球樣品受到地球大氣、水等環境汙染，中國科學院國家天文臺建立月球樣品實驗室，其具備“地外樣品”儲存、處理和分析能力。中國國家航天局規劃絕大部分月球樣品將用於科學研究，這一部分樣品以位於北京的中科院國家天文臺作為主要儲存地點，並在毛澤東的故鄉湖南韶山進行異地災備。另外一部分樣品將入藏中國國家博物館，向公眾展示，進行科普教育；一部分樣品依據國際合作的公約和多邊雙邊的合作協議，與有關國家和世界的科學家共享或作為國禮相送。2020年12月19日，重1731克的嫦娥五號任務月球樣品交接給中國科學院。中國開始首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作，並進行月球樣品與科學資料應用研究。後續科研.嫦娥五號的取樣點為風暴洋東北角的玄武岩區域，在月球表面的風化作用、火山作用和區域地質背景、區域地質演化方面具有科研價值。對月球樣品的研究工作包括其結構構造、物理特性、化學成份、同位素組成、礦物特點和地質演化方面。中國科學院規劃在月球樣品實驗室完成表取和鑽取樣品的解封、分樣和儲存，月球返回樣品經初步測試分析、描述和建庫後，根據授權進行釋出，開展長期的實驗室研究。2021年2月27日，嫦娥五號帶回的部分月壤捐贈給中國國家博物館。2021年12月，中國科學院紫金山天文臺聯合南京地質古生物研究所研究嫦娥五號月球樣品時，發現嫦娥五號著陸區歷史上可能曾經發生過多次火山噴發活動。國際合作.歐洲空間局透過法屬蓋亞那的庫魯站對嫦娥五號任務發射和著陸階段進行跟蹤，同時在整個任務期間作為中國地面站的備份單位隨時待命。來自庫魯站的資料將幫助北京航天飛行控制中心的任務控制小組確定航天器的健康狀況和軌道狀態。在著陸階段，歐洲空間局位於迦納利群島的馬斯帕拉馬斯站提供支援並進行跟蹤工作，該站由西班牙國家太空科技研究所運營。位於阿根廷的內烏肯站、奈米比亞的奈米比亞站和巴基斯坦的卡拉奇站參與了測控。科學成果.2022年9月9日，國家航天局、國家原子能機構聯合在京釋出嫦娥五號最新科學成果：中國科學家首次在月球土壤樣本中發現新礦物，並命名為「嫦娥石」。嫦娥石是一種磷酸鹽礦物，呈柱狀晶體，存在於月球玄武岩顆粒中，是人類在月球上發現的第六種新礦物，也讓中國成為繼美蘇後第三個在月球發現並命名新物質的國家。其它部分已公佈相關科學成果包括：軼事.在嫦娥五號返回器著陸之後，地面搜尋隊抵達著陸點前， 紅外線攝像機直播畫面顯示，一隻小動物從嫦娥五號返回器前跑過，第一個到達現場。引發著陸場所在地生態的討論，網民對此戲稱“嫦娥把玉兔帶回來了”。