■ 张素
11月24日4时30分，长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，顺利将探测器送入预定轨道，开启中国首次地外天体采样返回之旅。
这是中国探月工程“绕、落、回”三步走中的收官之战，更是中国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。“嫦五”探月有何难？月球“挖土”有何用？11月24日，中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器总体副主任设计师李青进行了权威解读。
嫦娥五号这次的任务是什么？
李青：中国嫦娥五号探测器的目标任务是：实现月面自动采样返回，采集约2千克月球样品返回，开展月球样品地面分析研究。
整个任务飞行过程分为十一个阶段，总飞行时间约23天。
第一个阶段是发射入轨段。探测器由长征五号运载火箭发射升空，器箭分离后进入地月转移轨道。这个阶段在11月24日已经完成了。
第二个阶段是地月转移段。探测器沿地月转移轨道飞行约5天，到达轨道高度约为200公里的近月点附近，其间将经历1至3次中途修正。
第三个阶段是近月制动段，（即）“刹车”。探测器在近月点附近，实施一次近月制动，进入近月点高度200公里的环月椭圆轨道；在环月椭圆轨道运行三圈后，实施第二次近月制动，进入平均高度200公里的环月圆轨道。近月制动过程飞行时间约1天。
第四个阶段是环月飞行段。探测器在环月圆轨道飞行约4圈后，着陆上升组合体与轨返组合体实现分离，轨返组合体继续环月飞行，着陆上升组合体在环月轨道上运行约12圈后，实施两次降轨变轨，进入近月点约15公里、远月点约200公里的椭圆轨道。
第五个阶段是着陆下降段。着陆上升组合体在环月椭圆轨道上继续运行约10圈后，择机实施着陆下降，在月面预定区域进行软着陆，着陆下降过程约15分钟。
第六个阶段是月面工作段。着陆上升组合体着陆后，采用钻取和表取两种采样方式，完成月壤的采样和封装；同时，有效载荷开展就位探测；采样结束后，对上升器进行月面定位，完成上升器起飞状态准备。月面工作时间约2天。
第七个阶段是月面上升段。月面工作完成后，上升器以着陆器为平台起飞，经过垂直上升、姿态调整、轨道入射，进入近月点15公里、远月点180公里的上升目标轨道，飞行时间约6分钟。
第八个阶段是交会对接与样品转移段。上升器进入目标轨道后，通过实施四次轨道机动，最终导引至高度为210公里的环月圆轨道上。上升器远程导引时间约2天。当上升器位于轨返组合体前方50公里左右、上方10公里左右的位置时，开始进入近程自主控制段。轨返组合体为主动飞行器，上升器为目标飞行器，建立对接停靠所需的初始条件，开始对接。轨道器对接机构捕获锁定上升器后，样品转移机构开始动作，将上升器中的样品容器转移至返回器内部，完成样品转移操作；之后轨返组合体择机与上升器及对接舱分离。
第九个阶段是环月等待段。轨返组合体在环月轨道上停留5至7天，等待月地转移窗口。
第十个阶段是月地转移段。轨返组合体在月地转移窗口到达后，通过实施两次轨道机动，进入月地转移轨道。月地转移飞行时间约4至5天。
第十一个阶段是再入回收段。当轨返组合体距离地球表面高度约为5000公里时，轨道器与返回器解锁分离。分离后轨道器进行规避机动，返回器以半弹道跳跃式再入方式返回地球。
通俗来说这次任务是“抓一把土返回地球”。“这一把土”是什么样的“土”？为何选择带回这样的样本？将对今后科研工作有何帮助？
李青：嫦娥五号探测器设计了两种采样方式，分别是钻取采样和表取采样。钻取采样是用一个约2米（长）的钻杆钻入月表内部，采集两米深度、约0.5千克的样品。表取采样是用机械臂进行多点采样，采样区域包括平地，撞击坑、凸起、小石块都可以作为采样样品，这些样品的分布不同，具有不同地质特点，也有不同演化历史，可以大幅提高科研价值。
这次任务被称为迄今为止航天领域最复杂、难度最大的任务之一，如何定义“最复杂、难度最大”？任务难点究竟在哪？
李青：嫦娥五号探测器任务技术难点主要表现在轨道设计、月面采样封装、月面起飞上升、月球轨道交会对接与样品转移等方面。
第一是月球轨道设计复杂。因为嫦娥五号探测器的飞行阶段多，各个阶段轨道方案耦合紧密，涉及测控、运载和着陆场的多种限制，约束条件多，飞行过程还涉及月面起飞、轨道交会对接、月地轨道等新的飞行阶段，在以前“绕”和“落”任务中是没有涉及的。飞行过程复杂，轨道设计难度较大，在标称轨道设计方案上还需要考虑推进剂资源受限的情况下制订各种预案，对轨道设计也是全新的挑战。
第二是月面采样封装技术，这是全新的技术，也是嫦娥五号月球无人采样返回任务的核心环节之一。采样期间面临月面持续高温的工作环境，同时采样任务时序紧张、机构动作多、不确定因素多。
第三是月面起飞上升验证比较难。月面起飞初始条件无法像运载火箭和导弹一样在地面由地面人员完成测调和确认，必须依靠自主定位定姿方式确定起飞的初始状态。面对倾斜发射的情况，需要依靠精确的定姿能力完成空中对准以实现精确入轨。
第四是月球轨道交会对接与样品转移自主要求高。与近地轨道交会对接不同，嫦娥五号月球轨道交会对接没有卫星导航信号的支持，对接与样品转移过程的自主要求很高。
“绕、落、回”中“回”是关键一步，我们希望达到什么科学目标？
李青：作为中国探月工程“绕、落、回”三步走的收官之战，嫦娥五号任务意义重大、影响深远、举世瞩目。三步走目标中“绕”是完成了中国首次月球环绕探测任务，“落”是完成了中国首次月球软着陆和巡视探测任务。最后“回”的关键一步将实现中国首次月球无人采样返回任务，包括多个首次：首次月面自动采样与封装、首次月面起飞上升、首次月球轨道交会对接、首次带月壤高速（再入）返回地球、首次自取月球样品的存储、分析和研究。
嫦娥五号任务的科学目标主要是开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系；对月球样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特性、物质组成，深化月球成因和演化历史的研究。
探月工程中还有一个“网红”是玉兔二号月球车，据了解它已完成自主唤醒并开始新一轮月昼工作期。玉兔二号与嫦娥五号有什么不同？
李青：“嫦娥”着陆器除了保证整个探测器安全着陆以外，还具备原位探测功能，通过长时间的原位探测可以获取着陆区附近比较详细的探测数据以及时间历程。而“玉兔”月球车具有移动装置，主要用于巡视探测，可以大幅扩展月面探测的范围。
依托我们所拿到的月球科研数据，是否可以像现代科幻片里那样建立我们的月球家园？
李青：根据目前月球探测历程所取得的成果和未来的月球探测计划，建立月球家园——也就是建立支持长期人员生存的综合型月球科研站，或者叫月球村——实际上已经被提上计划日程，从技术上讲虽然还有很多关键技术有待去突破，但是应该已经没有太多科幻成分。（据《老年日报》）
