在闖過了月面采樣封裝、上升器月面起飛、月球軌道無人交會對接、超高速再入返回等一系列難關(guān)后，嫦娥五號探測器的返回器終于在2020年12月17日把1731克月球樣品帶回地球，使我國成為世界上第三個在月球采樣返回地球的國家，是我國航天事業(yè)發(fā)展中里程碑式的新跨越。

大量的理論研究和探月實踐都表明，探月具有科學、技術(shù)、經(jīng)濟和政治多方面的意義，能產(chǎn)生巨大的效益。所以，越來越多的國家或組織甚至私營公司都在積極開展探月活動。

目前，世界月球探測有三種常用方法：一是環(huán)繞探測，主要用于對月球進行綜合性普查；二是著陸和巡視探測，主要用于對月球進行區(qū)域性詳查；三是采樣返回探測，主要用于對月球進行區(qū)域性精查，即把月球樣品運回地球讓科學家在實驗室進行詳細研究。這三種探月方式有明顯的遞進關(guān)系，每一步都是對前一步的深化，并可為下一步奠定基礎(chǔ)，最終達到全面、深入了解月球的目的。

2004年我國開始實施的月球探測工程，即“嫦娥工程”，就是采用這一“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，現(xiàn)已按預(yù)定計劃先后完成繞月探測、落月探測和采樣返回探測。我國先用嫦娥一號、二號完成了繞月探測任務(wù)，然后用嫦娥三號、四號完成了月球著陸和巡視探測任務(wù)，最終用嫦娥五號完成了無人月球采樣返回探測任務(wù)。

嫦娥五號任務(wù)的完成為我國“嫦娥工程”的“繞、落、回”三步走發(fā)展規(guī)劃畫上了圓滿句號。而比我國早或基本同時起步的歐洲航天局、日本和印度目前仍只完成了繞月探測。2019年，印度和以色列曾試圖進行落月探測，但因技術(shù)原因均失敗了。由于我國掌握了大功率變推力發(fā)動機和智能避障著陸等先進技術(shù)，所以嫦娥三號、四號和五號均順利在月面著陸，其中嫦娥四號還是世界上第一個在月球背面軟著陸的探測器。

嫦娥五號是我國迄今為止系統(tǒng)最復(fù)雜、技術(shù)難度最大的航天工程，面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)，因為任務(wù)中有不少環(huán)節(jié)對我國而言都是首次實施，但所有的困難最后都一一克服了。此次任務(wù)的成功實施至少有三大工程意義：

一是突破了月面自動采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、地球大氣高速再入等許多關(guān)鍵技術(shù)，從而大大提升了我國航天技術(shù)水平。

二是實現(xiàn)了首次地外天體自動采樣返回，從而推進了我國科學技術(shù)重大跨越。

三是完善了探月工程體系，為我國未來的載人登月和深空探測奠定一定的人才、技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。這次采樣返回任務(wù)采用了月球軌道交會對接方案，這種方案也適合載人登月。

尤其是嫦娥五號實現(xiàn)了我國開展航天活動以來四個“首次”：

一是首次成功在月面自動采樣。在月面上采集樣品時，著陸器上的采樣裝置要在月球低重力環(huán)境下具備鉆孔、鏟土和輸送等能力。采樣完成后要進行沒有任何污染的封裝。在月球低重力環(huán)境中能否完成無人采樣封裝是一個較大挑戰(zhàn)。由于準備充分，實際完成得很順利，2天的任務(wù)，只用了19個小時就完成了。

二是首次成功從月面起飛。采集的樣品封裝到上升器后，上升器要從著陸器上起飛到月球軌道。這一飛行階段難度很大，因為上升器起飛時噴射的火焰會碰到著陸器，從而可能產(chǎn)生干擾上升器的力。另外，月球表面環(huán)境復(fù)雜，著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài)，也無法像地球發(fā)射塔架那樣配置火箭導(dǎo)流槽，所以要克服月面起飛軌道設(shè)計、月面起飛測控和發(fā)動機羽流導(dǎo)流等困難。

三是首次成功在月球軌道上進行了無人交會對接。上升器起飛后要在月球軌道與軌道返回組合體進行無人交會對接，并把樣品轉(zhuǎn)移到返回器中，這在世界上是第一次。在月球軌道交會對接要用有較多燃料的大質(zhì)量軌道返回組合體追小質(zhì)量上升器，而且距離地球幾十萬公里，所以對交會對接的精度要求更高。為此，我國研制了一種被稱為抱爪式的空間輕小型弱撞擊對接機構(gòu)裝在軌道器上，它具有重量輕、捕獲可靠、結(jié)構(gòu)簡單、對接精度高等優(yōu)點，通過增加連桿棘爪式轉(zhuǎn)移機構(gòu)，實現(xiàn)了對接與自動轉(zhuǎn)移功能的一體化，這些設(shè)計理念都是世界首創(chuàng)。

值得一提的是，此前只有蘇聯(lián)在20世紀70年代進行過3次無人月球采樣返回，總共帶回了330克月球樣品，這是由于當時蘇聯(lián)沒有掌握月球軌道無人交會對接技術(shù)，所以采用從月面起飛直接返回地球的方案，因此其上升器需要克服返回艙與大量燃料死重，極大壓縮了采樣重量。這一次，嫦娥五號一次就帶回1731克月球樣品。

四是首次成功使攜帶月球樣品的返回器以11公里/秒的速度再入地球大氣層安全著陸在我國預(yù)定地點。此前雖然用嫦娥五號T1試驗過1次，但這次是實戰(zhàn)考驗。為了保障返回器順利著陸，我國采用了創(chuàng)新制定的半彈道跳躍式再入返回技術(shù)方案，實踐證明這一方案是安全穩(wěn)妥的。

嫦娥五號任務(wù)的圓滿完成還有至少兩大科學意義：

一是對著陸區(qū)進行了現(xiàn)場調(diào)查和分析。在嫦娥五號著陸器上不僅有鉆取和表取兩類采樣裝置，還攜帶了3種科學探測儀器。它們在著陸點區(qū)域開展了形貌探測和地質(zhì)背景勘察，獲取了與月球樣品相關(guān)的現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)，建立了現(xiàn)場探測數(shù)據(jù)與實驗室分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

二是科學家可在實驗室對月球樣品進行長期、系統(tǒng)的分析研究。嫦娥五號任務(wù)落月的著陸區(qū)，選擇在月球上最大的月海——風暴洋北部的呂姆克山脈附近。那里富集鈾、釷、鉀等放射性元素，存在大約13億至20億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，有助于推進對月球火山活動和演化歷史的認識，填補科學家對月球火山活動研究的一個重要空白。

綜上所述，嫦娥五號任務(wù)的完成，有利于人類進一步了解月球的狀態(tài)、物質(zhì)含量、地質(zhì)演化歷史，深化對月壤、月殼和月球形成與演化的認識，也能為了解太陽活動等提供必要的信息。另外，它經(jīng)歷了一個全面、精細、深入的科學探測過程，突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，這對我國未來的載人登月和月球基地選址等都具有重要作用。

總之，通過實施“嫦娥工程”，使我國月球科學、比較行星學和空間天文學等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了較大進展，顯著提升了航天技術(shù)水平并促進眾多相關(guān)技術(shù)發(fā)展，為中國進一步開展深空探測以及未來載人登月奠定了堅實基礎(chǔ)，也大大增加了我國在全球的影響力和民族自豪感、凝聚力。

（作者系全國空間探測技術(shù)首席科學傳播專家）

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