基本介紹
- 中文名：嫦娥五號探測器
- 外文名：Chang'e 5 lunar probe
- 所屬國家：中華人民共和國
- 研製單位：中國空間技術研究院
- 目前狀態：研製中
- 起飛質量：8200千克
- 發射火箭：長征五號
- 發射時間：待定
- 發射地點：中國文昌航天發射場
- 組成：軌道器、返回器、著陸器、上升器
- 性質：探月工程的收官之戰
研製歷史,布局結構,技術難點,預期成果,研製進展,
研製歷史
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太空飛行器。
嫦娥五號探測器結構圖
嫦娥五號探測器結構圖中國探月工程分“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。
嫦娥五號T1試驗器獲得的清晰地月合照
嫦娥五號T1試驗器獲得的清晰地月合照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，將按計畫於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。
布局結構
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。
上升器與著陸器模擬圖
上升器與著陸器模擬圖從這個軌道器、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，當前同樣計畫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、交會對接微波雷達和雷射雷達的研製都在緊密鑼鼓的進行中，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Luna 16探測器整體落月，最終取回樣品僅有100克。
測試中的嫦娥五號
測試中的嫦娥五號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
嫦娥五號返回艙嫦娥五號返回艙已經在研製之中，從奔月軌道上返回的太空飛行器有著很大的速度，如果無法減速，那么就會“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
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。嫦娥五號計畫採樣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，採樣結束後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”。
第二關是“模式複雜”。彭濤說，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。
第三關是“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。
第五關是“瘦身壓力”。彭濤說，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。
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，今年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2 017年前後完成研製並擇機發射。為確保婦俄五號奔月、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。
