嫦娥五號探測器

2020年中國發射的航天器

嫦娥五號探測器,是由中國空間技術研究院中國航天科技集團五院)研製的中國首個實施無人月面取樣返回的航天器。其計劃在探月工程三期中完成月面取樣返回任務,是該工程中最關鍵的探測器,也是中國探月工程的收官之戰。

嫦娥五號探測器全重8.2噸,由軌道器、返回器、著陸器、上升器四個部分組成,將由我國目前推力最大的長征五號運載火箭從中國文昌航天發射場進行發射。

2020年11月24日,長征五號遙五運載火箭搭載嫦娥五號探測器成功發射升空並將其送入預定軌道。11月24日,嫦娥五號完成第一次軌道修正。11月25日,嫦娥五號完成第二次軌道修正。11月28日,嫦娥五號進入環月軌道飛行。11月29日,嫦娥五號從橢圓形環月軌道變為近圓形環月軌道。11月30日,嫦娥五號合體分離。12月1日,嫦娥五號在月球正面預選著陸區著陸。12月2日,嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取採樣及封裝。12月2日,嫦娥五號完成月面自動採樣封裝。12月3日,嫦娥五號上升器將攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。12月6日,嫦娥五號上升器與軌道器和返回器組合體交會對接,並將樣品容器轉移至返回器中。12月6日12時35分,嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器分離,進入環月等待階段,準備擇機返回地球。12月8日,嫦娥五號上升器受控離軌降落在預定落點。12月12日,嫦娥五號軌道器和返回器組合體實施第一次月地轉移入射。12月16日,嫦娥五號探測器順利完成第二次月地轉移軌道修正。12月17日凌晨,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品著陸地球。

嫦娥五號任務是中國探月工程的第六次任務,也是中國航天最複雜、難度最大的任務之一(截至2020年12月),實現了中國首次月球無人採樣返回,助力月球成因和演化歷史等科學研究。

研製歷史


研製單
嫦娥五號務國家航天局組織實施,具體由工程總體和探測器、運載火箭、發射場、測控與回收、地面應用等五大系統組成。國家航天局探月與航天工程中心為工程總體單位,中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研製運載火箭系統、中國空間技術研究院抓總研製探測器系統。中國衛星發射測控系統部負責組織實施發射、測控與回收。中國科學院國家天文台抓總研製地面應用系統,負責科學數據和樣品的接收、處理、存儲管理等工作。
務標
與前幾次探月任務相比,嫦娥五號任務最重要的目標就是“採樣返回”。這也是中國“探月工程”規劃的“繞、落、回”中的第三步。具體的工程目標是三個方面:
一是突破跟採樣返回相關的新的一些關鍵技術。
二是實現地外天體的自動採樣返回。
三是進一步完善探月工程體系,為載人登月和深空探測奠定一定的人才、技術和物質基礎。
方案論證
● 立項
2011年,探月三期工程正式立項,任務目標是實現月面無人採樣返回。該工程規劃了2次正式任務和1次飛行試驗任務,分別命名為嫦娥五號、嫦娥六號和嫦娥五號高速再入返回試驗。其中,嫦娥五號規劃為中國首個實施月面取樣返回的航天器。
● 再入返回試驗
2014年10月24日,探月工程三期再入返回飛行試驗器由長征三號丙運載火箭發射升空,準確進入地月轉移軌道。同年11月1日,服務艙與返回器分離,隨後返回器順利著陸,試驗任務取得圓滿成功。服務艙拉升軌道,繼續開展拓展試驗,先後完成了遠地點54萬千米近地點600千米大橢圓軌道拓展試驗和環繞地月L2點探測、返回月球、嫦娥五號調相機動模擬試驗等任務。
2015年2月,國防科技工業局宣布,探月工程三期再入返回飛行器服務艙為嫦娥五號任務開展在軌驗證,已完成調相試驗,模擬嫦娥五號著陸器月面採樣期間,軌道器的飛行控制過程,驗證軌道設計、飛控時序、軌道精度等相關技術項目,為月球軌道交會對接創造良好條件。
● 長征五號運載火箭
2016年11月3日20點40分,長征五號在中國文昌航天發射場順利升空,為發射我國第一顆執行月球取樣返回任務的嫦娥五號奠定了基礎。
● 著陸器推進子系統
2017年1月,嫦娥五號探測器著陸器推進子系統正樣熱試車取得成功,這標誌著嫦娥五號著陸器推進子系統熱試車收官。這也是嫦娥五號研製進程中非常關鍵的一步。
兩度推遲
2015年3月,時任嫦娥五號總設計師、總指揮顧問的葉培建院士表示,嫦娥五號將於2017年前後發射,實現月球取樣並返回地球,后推遲。
2019年1月14日,國家航天局宣布,嫦娥五號月面採樣返回任務將於2019年年底左右實施,然後再度推遲。
2020年9月,時任中國探月工程副總設計師於登雲透露,嫦娥五號將於2020年底前發射,實現月球區域軟著陸及採樣返回。
發射準備
2020年11月17日,長征五號遙五運載火箭和嫦娥五號探測器在中國文昌航天發射場完成技術區總裝測試工作后,垂直轉運至發射區,計劃於同月下旬擇機實施發射。
2020年11月23日18時30分許,長征五號遙五運載火箭開始加註液氧液氫低溫推進劑,計劃於24日凌晨4時至5時擇機實施發射任務。
嫦娥五號探測器
嫦娥五號探測器
2009年,中國在探月二期工程實施的同時,為銜接探月工程一、二期,兼顧中國未來載人登月和深空探測發展,中國正式啟動了探月三期工程的方案論證和預先研究。三期工程於2011年立項,任務目標是實現月面無人採樣返回。工程規劃了2次正式任務和1次飛行試驗任務。分別命名為嫦娥五號、嫦娥六號和高速再入返回飛行試驗任務。其中,嫦娥五號探測器是我國首個實施月面取樣返回的航天器。
中國探月工程分“繞、落、回”三步走,繞月和落月任務已圓滿完成。根據探月三期時間表,預計於2017年12月發射嫦娥五號,實現月球取樣並返回地球。嫦娥五號由軌道器、上升器、著陸器和返回器組成。
2014年10月24日2時,嫦娥五號T1試驗器成功發射。用於驗證飛行器能否從月球軌道順利返回,並降落在預定的位置。這是2017年實現探月無人採樣返回的最重要的試驗。
2014年嫦娥五號T1試驗器的任務,就是將軌道器和返回器的組合體送入月球軌道,再讓組合體返回地球。葉培建介紹,組合體在距離地球幾千公里的太空中會分離,返回器會按照嫦娥五號將要走的路,回到地球,而軌道器就“不要了”,變為太空垃圾。將組合體送入太空的工作在西昌完成。
2014年發射的試驗器,是2017年以前探月工程最後一個太空試驗,因為這項試驗風險太大,且沒法在地面進行模擬。而其餘例如在月球表面取樣,在月面上起飛等,都通過在地面上做模擬試驗的方法來驗證可靠性。
這是中國探月工程拿到的第一張“返程票”,標誌著中國探月告別“單程票”時代,為未來嫦娥五號執行更為複雜的返回任務奠定了技術基礎。
2015年3月,葉培建院士表示嫦娥五號正在進行研製,進展良好,將按計劃於2017年在海南發射。
2015年9月,中華人民共和國國家國防科技工業局宣布,探月工程三期再入返回飛行器服務艙為嫦娥五號任務開展在軌驗證,9月2日完成對嫦娥五號預定採樣區遙感成像飛行任務。
2015年11月23日,嫦娥五號、長征五號在海南合練。
2016年8月15日,中國航天科技集團公司六院801所組織完成了嫦娥五號上升器正樣全系統熱試車。
2016年12月,嫦娥五號探測器著陸器推進子系統正樣熱試車取得圓滿成功,這標誌著嫦娥五號著陸器推進子系統熱試車完美收官。這也是嫦娥五號研製進程中非常關鍵的一步。
在2017年6月6日開幕的2017全球航天探索大會上,中國國家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠首次透露了嫦娥五號月球探測器的著陸地點為月球正面的呂姆克山脈。同時開展相應的科學研究。呂姆克山脈位於月球正面西北部。
2019年1月14日,國務院新聞辦公室召開的新聞發布會上,國家航天局副局長、探月工程副總指揮吳艷華表示,中國將繼續實施月球探測工程,突破探測器地外天體自動採樣返回技術,2019年年底前後將發射嫦娥五號,實現區域軟著陸及採樣返回,探月工程將實現“繞、落、回”三步走目標。
2020年9月19日,中國探月工程副總設計師於登雲在此間舉行的2020年中國航天大會上說,我國探月工程穩步推進,預計2020年底之前發射“嫦娥五號”,實現月球區域軟著陸及採樣返回。
2020年11月21日上午,“嫦娥五號”月球探測任務進行了發射前的最後一次系統間全區合練。
2020年11月23日,長征五號遙五運載火箭開始加註液氧液氫低溫推進劑,計劃於24日凌晨4時-5時擇機實施發射任務。長征五號系列運載火箭第二次應用性發射,將運送探月工程嫦娥五號探測器至地月轉移軌道,實施我國首次地外天體採樣返回任務。
2020年11月24日4時30分,我國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秒后,順利將探測器送入預定軌道,開啟我國首次地外天體採樣返回之旅。
2020年12月4日,國家航天局公布了探月工程嫦娥五號探測器在月球表面國旗展示的照片。
2020年12月17日下午,國務院新聞辦公室舉行新聞發布會,國家航天局副局長、探月工程副總指揮吳艷華等介紹探月工程嫦娥五號任務有關情況並答記者問。吳艷華介紹,嫦娥五號任務創造了五項中國首次,一是在地外天體的採樣與封裝,二是地外天體上的點火起飛、精準入軌,三是月球軌道無人交會對接和樣品轉移,四是攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回,五是建立我國月球樣品的存儲、分析和研究系統。
2021年3月,嫦娥五號軌道器進入日地L1點軌道開展拓展試驗。
2021年3月,中國天稻“航二代”首次成功育苗,有望月底栽入田間。
2021年10月,嫦娥五號月壤研究取得重大進展。
2021年10月8日凌晨,國際學術期刊《科學》在線發表了相關研究論文《嫦娥五號年輕玄武岩的年代與成分》。這是以嫦娥五號返回樣品為研究對象發表的首篇學術成果。
2021年10月20日,來自中科院地質地球所與國家天文台等單位的研究人員發現,嫦娥五號月球樣品為一類新的月海玄武岩,月球最“年輕”玄武岩年齡為20億年,其晚期岩漿活動的源區並不富集放射性元素,並且月幔源區幾乎沒有水。

布局結構


嫦娥五號探測器
嫦娥五號探測器
嫦娥五號主要任務是月球取樣返回,它要面對取樣、上升、對接和高速再入等四個主要技術難題。根據日前的設計方案,嫦娥五號由軌道器、返回器、著陸器等多個部分組成,其中著陸器將進行月面軟著陸,並自動進行月面採樣、樣品封裝等操作,將樣品由著陸器的上升段攜帶升空進入月球軌道,與環月軌道上的軌道器對接,將樣品轉移到返回器內部,最後軌道器攜帶返回器點火機動,從環月軌道直接返回地球,返回器將在再入大氣層前分離,最後降落在我國北方的內蒙古草原上。
從這個軌道器、著陸器以及環月軌道對接的複雜設計方案看,嫦娥五號完全就是無人版的阿波羅登月,當前同樣計劃使用類似設計的深空探測器方案,是美國尚未立項的火星取樣返回探測器(MSR),不過MSR最早也要2024以後發射,而我國的嫦娥五號預計2018年左右就要使用長征五號火箭發射,嫦娥五號取樣返回的複雜性和先進性在已有和正在研製中的深空探測器里是空前的。當前嫦娥五號探測器著陸器的變推力發動機、交會對接微波雷達激光雷達的研製都在緊密鑼鼓地進行中,著陸器上升段和軌道器所使用的3000牛發動機首次整機試車圓滿成功,已經轉入初樣研製階段。嫦娥五號可以攜帶約2千克樣本返回地球,這是使用複雜的月球軌道對接設計的結果,之前的蘇聯Luna16探測器整體落月,最終取回樣品僅有100克。
按照我國航天的慣例,嫦娥五號肯定還有一個備份星,如果嫦娥五號任務順利的話,它很可能賦予嫦娥六號的編號,增減部分設備提高技術水平,根據探月一期和二期的月球探測成果,選取探測價值更大區域如月球極區或是在月球背面取樣返回。不過嫦娥六號還太過遙遠,很難對此做出有效的預測。
嫦娥五號返回艙已經在研製之中,從奔月軌道上返回的航天器有著很大的速度,如果無法減速,那麼就會“彈”出地球大氣層,再入之後的返回艙速度將達到每小時4萬公里左右,相當於32馬赫左右,迄今為止中國設計的飛船沒有達到如此高的再入速度,因此如何安全控制返回艙重返大氣層是嫦娥5號能否成功的關鍵。

技術難點


嫦娥五號探測器
嫦娥五號探測器
據探月工程總設計師吳偉仁說,嫦娥五號大約2017年前後擇機發射,任務是採樣返回。其中的困難主要有四個方面:月球軌道的交會對接、月面採樣、月面起飛和高速返回。
月面採樣有難度。蘇聯當年做了好幾次只成功了三次,共取回300多克月壤。嫦娥五號計劃採樣2公斤,要鑽進去2米獲取原原本本的月壤,還必須封裝好拿回來。此外,嫦娥五號有著陸器、返回器,要在月球軌道交會對接,難度比較大。再者,採樣結束后月面起飛和高速返回也是需要攻克的難關。
第一關是“分離面多”。相較於神舟飛船和“嫦娥三號”均只有兩個部分需要分離,即兩個分離面,“嫦娥五號”有5個分離面,分別是軌道器和著陸器組合體、著陸器和上升器組合體、軌道器和返回器組合體、軌道器和支撐艙及軌道器與對接支架。這些分離面都必須“一次性成功”。
第四關是“溫度控制”。月球表面白天溫度約零上180攝氏度,夜間零下150攝氏度,晝夜溫差約330攝氏度。另外上升器發動機點火瞬間達到上千攝氏度,如何避免燒毀上升器和著陸器,對研製團隊提出挑戰。

預期成果


嫦娥五號將完成我國探月工程三步走中“回”的任務。嫦娥五號將突破一系列關鍵技術,並攜帶月球岩石樣本回到地球,預計任務飛行時間在13天左右。
通過嫦娥五號的研製和實施,中國將突破月表自動採樣、樣品的封裝與保存、月面動力上升、採樣返回軌道設計、地球大氣高速再入、月球軌道交會對接、多目標高精度測控通信、月球樣品儲存和地面實驗室分析等關鍵技術,提升航天技術水平;具備月球無人採樣返回的能力,首次實現中國月面自動採樣返回,實現航天技術的重大跨越;完善中國的月球探測航天工程體系,形成重大項目實施的科學的工程管理方法,為後續載人登月和深空探測工程服務。通過實施嫦娥五號無人月球採樣返回任務,中國在月球科學研究方面將更進一步,開展著陸點區域形貌探測和地質背景勘察,獲取與返回樣品相關的現場分析數據,建立現場探測數據與實驗室分析數據之間的聯繫;對月球樣品進行實驗室研究,分析著陸點月表物質的結構、成分、物理特性,深化月球成因和演化歷史的研究。
嫦娥五號月面採樣返回任務將於2019年年底左右實施,我國首次火星探測任務將於2020年前後實施。

研製進展


探月工程副總指揮、國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠近日接受採訪時表示,我國探月工程三期嫦娥五號任務正處於初樣研製關鍵階段。
劉繼忠表示,將完成嫦娥五號探測器和長征五號火箭在海南發射場的合練,預計於2017年前後完成研製並擇機發射。為確保嫦娥五號奔月、月球採樣、返回地球任務的順利完成,我國於2014年10月24日發射了由返回器和服務艙兩部分組成的嫦娥五號“探路者”——探月三期再入返回飛行器。2014年11月1日,服務艙與返回器分離,隨後返回器順利著陸,試驗任務取得圓滿成功。服務艙拉升軌道,繼續開展拓展試驗,先後完成了遠地點54萬公里近地點600公里大橢圓軌道拓展試驗和環繞地月L2點探測、返回月球、嫦娥五號調相機動模擬試驗等任務。
目前服務艙正繼續為嫦娥五號任務開展在軌驗證,7日剛剛完成第三階段拓展試驗——模擬嫦娥五號上升器與軌道器在月球軌道交會對接之前的飛行控制過程。實驗驗證了嫦娥五號上升器遠程導引控制策略、天地協同控制時序、軌道測量與飛行控制精度等相關技術,獲取試驗數據和經驗,評估軌道設計和交會方案,為後續嫦娥五號任務順利實施提供參考。
劉繼忠表示,服務艙的工作完成得非常好,實現了一次發射、三次奔月、兩次藉助月球引力飛行,完成了三個階段的拓展試驗。在第二和第三階段試驗中,服務艙分別扮演了嫦娥五號任務的軌道器和上升器兩個角色,先後模擬了這兩個飛行目標在月球軌道交會對接之前的相對運動過程和飛行控制過程。
“通過再入返回試驗和服務艙的拓展試驗,我們驗證了嫦娥五號任務的高速再入返回、月球軌道上升和月球軌道交會對接三項關鍵技術,為完成探月工程‘繞、落、回三步走戰略目標打下了堅實基礎。”劉繼忠說。
對於服務艙後續工作,劉繼忠說,目前服務艙狀態良好,接下來還將進行嫦娥五號釆樣區成像等第四階段試驗。之後,工程方面將根據服務艙狀態,擇機開展月球重力場反演等科學試驗項目。我國預計2017年前後發射嫦娥五號,它由軌道器、著陸器、上升器和返回器"四器”組成。
中國載人航天工程(11.010,0.08,0.73%)辦公室消息,2020年5月5日,為我國載人空間站工程研製的長征五號B(以下簡稱“長五B”)運載火箭,搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,在文昌航天發射場點火升空將載荷組合體成功送入預定軌道,首飛任務取得圓滿成功,實現空間站階段飛行任務首戰告捷,拉開我國載人航天工程“第三步”任務序幕。這是中國乃至亞洲火箭首次發射超過“兩萬公斤”的航天器,進一步奠定“胖五”家族在世界現役火箭第一梯隊中的地位。

科技保障


在長征五號運載火箭帶著焰尾拔地而起的幾分鐘內,兩部固定式脈衝測量雷達快速採集著火箭的飛行信息,確保指控中心能第一時間掌握全局,做好安全控制。
在此次任務中,還有另外一個“神器”——自主研發的聲表面波濾波器,它們同時安裝在嫦娥五號及長征五號火箭中,主要應用在測控、應答機等分系統,全力保障嫦娥五號信號接收、過濾雜波,以及各分系統信號接收、處理。
數百隻自主可控晶體元器件,作為嫦娥五號中電子設備的心臟,牢牢穩住嫦娥飛行的“脈搏”。包括晶體振蕩器、石英諧振器等在內的多種型號晶體元器件為嫦娥五號的發射、測控、在軌飛行、採樣、返回等提供了穩定、可靠的頻率信號。
月球軌道交會對接微波雷達,是實現月球軌道交會對接和月壤轉移的關鍵設備,用於嫦娥五號軌道器和上升器之間相對位置與相對姿態的精確測量,同時實現雙向空空通信,就像互相能看見的銳利“眼睛”,引導兩個航天器最終實現月球軌道交會對接,保證月壤採樣安全轉移。
此次任務中,兩名身穿外骨骼的搜救回收隊員攜帶搜救設備從直升機降落點快速機動至返回器著陸點,並在返回器旁插上一面鮮艷的五星紅旗。與此同時,搬運外骨骼還協助搜救回收大隊在返回器周邊快速搭建應急通信、照明及電力保障體系,確保搜救回收任務快速、安全、高效完成,為整個嫦娥五號探月任務收官畫上圓滿句號。

執行任務


嫦娥五號探測器
嫦娥五號探測器
2020年11月24日22時6分,嫦娥五號探測器上的3000N發動機工作2秒多,順利完成第一次軌道修正,繼續飛向月球。截至第一次軌道修正時,嫦娥五號探測器各系統狀態良好,已在軌飛行約17個小時,距離地球約16萬公里。
2020年11月24日22時許,喀什深空站的機房大廳傳來清晰的調度聲,“嫦娥五號”探測器地月轉移段第一次中途修正。
2020年11月25日22時06分,嫦娥五號探測器兩台150N發動機工作6秒鐘,順利完成第二次軌道修正。
2020年11月28日20時58分,嫦娥五號探測器經過約112小時奔月飛行,在距月面400公里處成功實施3000牛發動機點火,約17分鐘后,發動機正常關機。根據實時遙測數據監視判斷,嫦娥五號探測器近月制動正常,順利進入環月軌道。
2020年11月29日20時23分,嫦娥五號探測器在近月點再次“剎車”,從橢圓環月軌道變為近圓形環月軌道。11月30日凌晨4時40分,在科技人員精確控制下,嫦娥五號探測器組合體順利分離。
2020年12月1日23時11分,嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度附近的預選著陸區,並傳回著陸影像圖。北京時間12月2日4時53分,探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取採樣及封裝。12月2日22時,經過約19小時月面工作,探月工程嫦娥五號探測器順利完成月球表面自動採樣,並已按預定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。採樣和封裝過程中,科技人員在地面實驗室根據探測器傳回數據,模擬採樣區地理模型並全程模擬採樣,為採樣決策和各環節操作提供了重要依據。
2020年12月3日23時10分,嫦娥五號上升器3000N發動機工作約6分鐘,成功將攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。
2020年12月6日5時42分,嫦娥五號上升器成功與軌道器返回器組合體交會對接,並於6時12分將月球樣品容器安全轉移至返回器中。這是我國航天器首次實現月球軌道交會對接。
2020年12月6日12時35分,嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離,進入環月等待階段,準備擇機返回地球。
2020年12月8日6時59分,嫦娥五號上升器按照地面指令受控離軌,7時30分左右降落在月面經度0度、南緯30度附近的預定落點。
2020年12月12日,北京時間2020年12月12日9時54分,嫦娥五號軌道器和返回器組合體經歷了約6天的環月等待,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。月地轉移入射的主要目的是通過月球軌道上的軌道機動,使軌道器和返回器組合體進入月地轉移軌道。
2020年12月13日9時51分,嫦娥五號軌道器和返回器組合體實施第二次月地轉移入射,在距月面230公里處成功實施四台150牛發動機點火,約22分鐘后,發動機正常關機。根據實時遙測數據監視判斷,軌道器和返回器組合體成功進入月地轉移軌道。
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台25N發動機工作約28秒鐘,順利完成第一次月地轉移軌道修正。
2020年12月16日9時15分,嫦娥五號軌道器和返回器組合體上25N發動機工作約8秒鐘,順利完成第二次月地轉移軌道修正,組合體上各系統狀態良好。
2020年12月19日,重1731克的嫦娥五號任務月球樣品正式交接。中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作拉開序幕,將開展月球樣品與科學數據的應用和研究。
2020年12月23日,嫦娥五號搭載物品交接儀式暨助推行業科技自立自強研討會在北京舉行。活動中,探月工程副總指揮、探月與航天工程中心主任劉繼忠向參與本次搭載的單位移交了種子等搭載物品。
2021年3月,嫦娥五號軌道器在地面飛控人員精確控制下,成功被日地拉格朗日1點捕獲,成為中國首顆進入日地L1點探測軌道的航天器。軌道器對地距離93.67萬公里,整器姿態穩定、能源平衡、工況正常,後續將在日地L1點探測軌道運行,運行一圈周期約為6個月。
2021年3月29日,嫦娥五號搭載的水稻種子目前生長良好,已經長成稻苗。3月29日上午,華南農業大學的科研人員以及學生將這一批“太空稻”由溫室大棚中轉移出來,將移栽至室外試驗田。
2021年7月9日,華南農業大學實驗基地的大田裡乘嫦娥五號奔月的“天選之稻”成熟收割。

任務歷程


發射入軌
2020年11月24日4時30分,長征五號遙五運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空,火箭飛行約2200秒后,順利將探測器送入預定軌道。
長征五號遙五運載火箭將嫦娥五號探測器發射升空
太空運行
軌道修正
2020年:
11月24日22時06分,嫦娥五號探測器3000N發動機工作約2秒鐘,順利完成第一次軌道修正,繼續飛向月球。本次嫦娥五號任務發射入軌精度較高,軌道修正量很小。截至第一次軌道修正前,嫦娥五號探測器各系統狀態良好,已在軌飛行約17個小時,距離地球約16萬千米。
11月25日22時06分,嫦娥五號探測器兩台150N發動機工作6秒鐘,順利完成第二次軌道修正。截至第二次軌道修正,嫦娥五號探測器已在軌飛行約41小時,距離地球約27萬千米,探測器各系統狀態良好,地面測控通信各中心和台站跟蹤正常。
2020年12月14日,嫦娥五號軌道器和返回器組合體順利完成第一次月地轉移軌道修正。
● 近月制動
11月28日20時58分,嫦娥五號探測器經過約112小時奔月飛行,在距月面400千米處成功實施3000牛發動機點火,約17分鐘后,發動機正常關機,順利進入環月軌道。嫦娥五號近月制動示意圖
11月29日20時23分,嫦娥五號探測器在近月點再次“剎車”,從橢圓形環月軌道變為近圓形環月軌道。
● 組合分離
11月30日4時40分,在科技人員精確控制下,嫦娥五號探測器組合體順利分離,將擇機實施月面軟著陸。
● 月面著陸
月面起飛瞬間
12月1日22時57分,嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15千米處開始實施動力下降,7500牛變推力發動機開機,逐步將探測器相對月球速度從約1.7千米/秒降為零。期間,嫦娥五號探測器進行快速姿態調整,逐漸接近月表。此後進行障礙自動檢測,選定著陸點后,開始避障下降和緩速垂直下降。12月1日23時11分,嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度的呂姆克山脈以北地區,並傳回著陸影像圖。
● 月面起飛
12月3日23時10分,嫦娥五號上升器3000N發動機工作約6分鐘,成功將攜帶樣品的上升器送入到預定的環月軌道。這是我國首次實現地外天體起飛。
● 月軌對接
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。這是中國首次實現月球軌道交會對接。
● 成功分離
12月6日12時35分,嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離,進入環月等待階段,準備擇機返回地球。
● 受控落月
12月8日6時59分,嫦娥五號上升器按照地面指令受控離軌,7時30分左右降落在月面經度0度、南緯30度附近的預定落點。
● 月地轉移
12月12日9時54分,嫦娥五號軌道器和返回器組合體經歷了約6天的環月等待,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200千米的橢圓軌道。
返回著陸
12月17日凌晨,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品,採用半彈道跳躍方式再入返回,在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。

技術創新


嫦娥五號主要面對取樣、上升、對接和高速再入等四個主要技術難題。同時,嫦娥五號的系統設計面臨五大挑戰。
第二是“模式複雜”。探測器需要經歷多個飛行階段,還需要完成月面採樣、月面起飛上升、月球軌道交會對接和樣品轉移、地球大氣高速再入返回著陸等關鍵環節,並且設計約束多。其中,上升器與軌道器需要在距離地球38萬千米的月球軌道上完成對接,在這裡無法藉助衛星導航的幫助,需要依靠探測器自身實現交會對接。
第三是“細節嚴酷”。為獲取月壤樣品,“嫦娥五號”無人採樣器將通過採樣鑽頭深入月球內部和採樣機械臂月球表面採樣兩種方法,再把樣品轉移到上升器,由上升器與軌道器對接,最終把樣品轉移到返回器,整個環節必須分毫不差。
第五是“瘦身壓力”。運載火箭的運載能力對嫦娥五號探測器的重量有嚴格的約束,一方面要儘可能對分系統進行“瘦身”,另一方面,因為備份產品較少,必須確保質量可靠。

任務特色


● 國旗展示
2020年12月4日,國家航天局公布了探月工程嫦娥五號探測器在月球表面國旗展示的照片。這是繼嫦娥三號、嫦娥四號任務后,五星紅旗又一次展現於月球表面,同時也是五星紅旗第一次月表動態展示。

後期研究


● 月球樣品
2020年12月19日,重1731克的嫦娥五號任務月球樣品正式交接,標誌著中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作拉開序幕。
2021年10月19日,中國科學院發布嫦娥五號月球科研樣品最新研究成果,多項突破性進展給出了對月球演化的全新認識。
2021年12月23日中午,隨著CA1399航班在長沙黃花國際機場穩穩著陸,一份珍貴的嫦娥五號備份存儲月球樣品運抵湖南長沙。
● 樣品展示
中國國家航天局探月與航天工程中心主任,探月工程副總指揮劉繼忠:中國的月球樣品管理辦法都有明確,一是用於科研,另一部分可能用於公益,基本上是通過前期科學研究完以後,它的再研究的相關科學意義少了,再進行公益的展示,讓大家更多地去認知我們的月球。

相關信息


親愛的嫦娥五號:
來信收悉。得知你身心俱佳,狀態良好,我們也很安心。回想你一路走來,7年始得長成,3年強健筋骨。如今在萬眾矚目中啟程,大家都稱讚你的風采,身為家人,欣慰之餘也心疼你的不易。
為了你的安全,這次家裡300多名科技人員奔赴發射場,送你出征,另有200人參加飛控,全程給你支持,確保程序正確,指令正確,狀態正確。所以請你放心,親人的目光一刻都沒離開過你。
北京冬意漸濃,你在太空也要做好保暖。祝安好。
隨信附上葉培建院士為你寫的一首七律,與你共勉。
牽掛你的家人們
2020年11月25日
嫦娥五號即將完成月球採樣返回任務,從發射到回收每一步都驚心動魄,必須成功!發射日前有感,預祝圓滿完成任務而作。
葉培建
七律嫦五
十年精心巧梳妝
蟾宮往返五姑娘
胖哥送妹走地月
制動降落采月樣
起飛對接轉寶藏
高速再入回收場
探月三步勝收官
二零二零寫輝煌
2021年1月18日,國家航天局、中國科學院聯合舉辦“大使走進中國探月工程”活動,邀請部分外國駐華使館及國際組織人員來到嫦娥五號任務地面應用系統總體單位國家天文台,宣介《月球樣品管理辦法》,頒發嫦娥五號國際合作夥伴紀念牌,參觀月球樣品存儲和處理設施設備。
2021年2月22日上午,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平在北京人民大會堂會見探月工程嫦娥五號任務參研參試人員代表並參觀月球樣品和探月工程成果展覽,充分肯定探月工程特別是嫦娥五號任務取得的成就。他強調,要弘揚探月精神,發揮新型舉國體制優勢,勇攀科技高峰,服務國家發展大局,一步一個腳印開啟星際探測新征程,不斷推進中國航天事業創新發展,為人類和平利用太空作出新的更大貢獻。
2021年2月27日,科學技術部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心)發布了2020年度中國科學十大進展:“嫦娥五號首次實現月面自動採樣返回”入選。
2021年7月12日,國家航天局探月與航天工程中心在京舉行嫦娥五號任務第一批月球科研樣品發放儀式,標誌著月球樣品科學研究工作正式啟動。
2021年12月25日,“嫦娥五號備份存儲月球樣品交接儀式在湖南韶山舉行,國家航天局向湖南大學、韶山市頒發嫦娥五號月球樣品備份證書和嫦娥五號任務展品證書。
2022年1月8日,由中科院地質與地球物理研究所行星科學團隊與多家科研機構合作完成的研究論文在《科學-進展》上發表。這項研究利用嫦娥五號所攜帶“月球礦物光譜分析儀”探測的數據,首次獲得了月表原位條件下的水含量。

系統組成


探測器系統
嫦娥五號探測器總重8.2噸,由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成,後續在經歷地月轉移、近月制動、環月飛行后,著陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離,軌道器攜帶返回器留軌運行,著陸器承載上升器擇機實施月球正面預選區域軟著陸,按計劃開展月面自動採樣等後續工作。
火箭系統
嫦娥五號的發射任務由長征五號遙五運載火箭承擔,此次發射任務是中國新一代大推力低溫液體運載火箭--長征五號系列運載火箭的第六次發射,也是2020年第三次執行發射任務。此前,長征五號B遙一火箭成功首飛;長征五號遙四火箭成功發射了“天問一號”火星探測器。

價值意義


搭載著“嫦娥五號”探測器的長征五號火箭發射成功,標誌著中國“探月工程”第三步拉開序幕。嫦娥五號任務是“探月工程”的第六次任務,也是中國航天迄今為止最複雜、難度最大的任務之一,將實現中國首次月球無人採樣返回,助力深化月球成因和演化歷史等科學研究。(央廣網評)
嫦娥五號執行此次任務有著非常重要的意義。這次任務有望實現我國開展航天活動以來的四個“首次”:首次在月球表面自動採樣;首次從月面起飛;首次在38萬千米外的月球軌道上進行無人交會對接;首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。(央視新聞評)
實施探月工程是黨中央把握我國經濟科技發展大勢作出的重大戰略決策,工程自立項以來圓滿完成六次探測任務。嫦娥五號任務作為我國複雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程,於2020年12月17日首次實現我國地外天體採樣返回,為未來我國開展月球和行星探測奠定了堅實基礎。(新華社評)
2021年4月16日,嫦娥五號搭載《星光》登月證書頒授儀式暨節目創作研討會在京成功舉辦。近百位知名學者、外國駐華官員等各界人士參加了活動,共同探討《星光》節目創作和傳播經驗,向世界傳遞人類命運共同體理念。