嫦娥五号回家了!《月背征途》带你梳理中国探月工程的里程碑事件

2021-01-25 23:32:53


综合整理丨何安安
经过二十多天的等待,12月17日1时59分,嫦娥五号探测器在完成月球自动采样后返回地球,成功着陆于内蒙古四子王旗着陆场。“嫦娥五号”于11月24日4点30分从文昌航天发射场发射升空,而今,它终于“挖土”成功,携带珍贵的月壤顺利返回。 在“嫦五”凯旋这一中国探月里程碑时刻,由中国航天人书写的《月背征途:中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》一书也正式上市,并于今天上午在北京航天城举办了新书发布会。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁,中国科学院院士、中科院空间科学与应用中心主任王赤,北京航天飞行控制中心主任李剑等嘉宾出席了这一发布会。
12月17日上午,由北京航天飞行控制中心联合未读推出的《月背征途:中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》新书首发式在太空梦想新华书店举行。 自1970年我国第一颗人造卫星发射成功到现在,经过50年的发展、几代航天人的接续努力,中国航天已经进入世界先进行列,成为国际航天事业不可或缺的重要力量。在这其中,北京航天飞行控制中心担负着我国载人航天和深空探测工程飞行控制任务,自1996年3月成立以来,先后圆满完成了载人航天工程4次无人飞行、3次载人飞行、4次交会对接以及空间实验室任务;探月工程嫦娥一号、二号绕月探测和嫦娥三号软着陆巡视勘查、探月工程三期再入返回飞行试验任务,圆满完成了嫦娥四号月球背面软着陆和巡视勘察飞行控制任务,此次“嫦娥五号”的控制任务也由北京航天飞行控制中心负责,而《月背征途》一书的主创人员就是北京航天飞行控制中心团队。 2000年,中国的探月计划写入了《中国的航天》白皮书,按照“绕、落、回”的“三步走”战略实施。“绕”的目标是发射环月探测器,对地月转移轨道设计及月球捕获控制技术进行验证,同时对月球表面进行拍照详查,为后续降落月面做好准备。“落”的目标是使用着陆器在月球表面实现软着陆,释放月球车,进行月球表面遥操作和巡视勘测。“回”的目标是采集月壤样品,并带回地球。而今,“嫦娥五号”作为我国探月计划的收官之作,这一目标已经顺利完成。 从“嫦娥一号”到“嫦娥四号”,从月球车工作原理、地外天体遥操作技术到驾驶员的修炼过程,从“鹊桥”中继星的发射定点到月球背面着陆点选择,从一波三折的降落过程到“南征北战”一次次月面涉险探测,一项国家级的伟大工程正逐步在我们眼前展开,读者将身临其境一般,壮观的月球景观、月球车的神秘冒险之旅、震惊世界的科学发现将由近百张高清图片一一见证。 在身为《月背征途》主编的李剑所撰写的探月工程大事记中,清晰记录了其中每一个重要时间节点。在“嫦娥五号”之前,2019年1月11日,在北京航天飞行控制中心(飞控中心)大厅里,我国探月工程的有关领导、专家和广大科技人员共同见证了“嫦娥四号”和“玉兔二号”“两器互拍”顺利完成,这标志着“嫦娥四号”任务取得圆满成功,我国成为世界上首个成功实施月球背面软着陆和巡视探测的国家。也意味着人类开启了探索月球背面的新纪元,显然,这是一次前无古人的科学探险。月背探测是中国航天的首个世界第一,它具有巨大的科学和工程意义,是人类航天史上的重大突破。对于这本《月背征途》,他写到,《月背征途》记录人类首次登陆月球背面全过程,完整梳理中国探月工程所有里程碑事件。 在该书的推荐序中,中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁说:“月背探测是中国航天的首个世界第一,它具有巨大的科学和工程意义,是人类航天史上的重大突破。‘玉兔二号’凝聚着中国航天人的勇气和智慧,像一位孤胆英雄,面对未知的风险与挑战,勇敢进发,努力探索。得益于飞控中心驾驶员团队的悉心照料与陪伴,‘玉兔二号’已经突破了人类月面巡视器生存时间的最长世界纪录。‘玉兔二号’探测到了冯·卡门撞击坑的地下结构、探测到了月球背面的最低温等,取得了一系列科学成果,为人类揭开了月背的神秘面纱,不断刷新中国人进军太空的纪录。” 以下内容节选自《月背征途:中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》,已获得出版社授权刊发。

《月背征途:中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》,北京航天飞行控制中心著,未读丨北京科学技术出版社2020年12月版。 “太空刹车” “太空刹车”的专业叫法是“近月制动”。随着绕月探测卫星与月球逐渐接近,月球引力会使“嫦娥一号”加速,就像石头从高处落下,速度会越来越快。绕月探测卫星在地月转移轨道上经过114小时的飞行来到距月球约200千米的近月点时,卫星飞行速度将达到约 2.4 千米 / 秒。所以,如果不减速的话,“嫦娥一号”可能会直接飞出月球引力范围边界(又称为月球影响球),与月球擦肩而过。如果“嫦娥一号”飞出月球影响球,它相对地球的速度会被月球引力改变(被称为引力弹弓或借力飞行),“嫦娥一号”相对地球的速度可能反而增大了,这足以使“嫦娥一号”飞出地球影响球,成为一颗“行星”,一去不复返。另外,如果“刹车”踩得太狠,卫星会一头撞在月球上,摔得粉身碎骨。 “嫦娥三号”着陆区为什么选在虹湾  虹湾并不是真正的湾。当我们仰望星空时,能看到月球上有大面积的暗黑色区域,那是月海。月海并不是真正意义上的海,而是由类似地球玄武岩的岩石组成的平原,月海伸向月陆的部分就被称为月湾和月沼。虹湾又称为彩虹湾,是月球的月湾之一。 “嫦娥三号”着陆虹湾,一是因为这里地形平坦,少有大石;二是因为它位于月球的北纬,太阳光照条件较好,并且可探测的物质丰富;三是为了能够和地球顺利通信,也需要在月球正面降落;四是因为虹湾是月球研究的空白,其他国家还没有勘察过,美国和苏联月球探测器着陆地点多在月球赤道附近,在高纬度地区的不多。 月球虹湾地区影像图 “玉兔一号”月面行驶路径图 为什么在地球上只能看到月球正面 很多人都有一个疑问:我们在地球上为什么看不到月球的背面?这是因为地球和月球之间实现了“潮汐锁定”,就像我与你之间有一个吸引力,但是我前胸受到的吸引力和后背受到的吸引力是不一样的,就会导致每天像是有人在牵扯我,慢慢会让我的自转和公转速度相同。被地球“潮汐锁定”的月球绕自转轴旋转一圈的时间等于绕地球公转一圈的时间,这种同步自转导致月球始终以一个半球固定不变地朝向地球。 月球的引力会引起地球上每天两次涨潮和两次退潮,我们称之为潮汐,不仅地球上的海洋会有潮汐,其实地球的岩石圈每天也会起伏 60 厘米,这叫固体的潮汐。“潮汐锁定”这种天文现象实际上在太阳系的天体里面比较常见,例如太阳和水星、行星和卫星之间。
月球潮汐锁定示意图
月球上中国命名的地理实体 为表彰中国探测器代表全人类第一次到达月背这一历史性事件,2019年2月15日,中国国家航天局、科学院和国际天文学联合会联合发布了着陆点附近5个月球地理实体的命名:泰山、织女、河鼓、天津和天河基地。 除了“泰山”,在着陆点附近还有3个中国命名的环形撞击坑: “织女”(直径3.8千米)、“河鼓”(直径 2.2 千米)、“天津”(直径 3.9 千米)。这 3 个名字都来自我国古代二十八星宿。
“泰山”“织女”“河鼓”“天津”和天河基地示意图 探月工程大事记 1991年
我国航天专家提出开展月球探测工程。 
1998年
中华人民共和国国防科学技术工业委员会正式开始规划论证月球探测工程,并开展了先期的科技攻关。
2000年
11月,国务院新闻办公室发表了《中国的航天》白皮书,其中“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”被列入近期发展的目标。
2003年 
4月,国家航天局宣布正式启动月球探测工程的预先研究。
“玉兔二号”收拢桅杆驶离“嫦娥四号” 2004年
1月23日,国务院批准绕月探测工程立项。 
2月25日,绕月探测工程领导小组第一次会议召开,会议通过《绕月探测工程研制总要求》,同时将工程命名为“嫦娥工程”。 2005年 
12月29日,绕月探测工程领导小组召开第三次会议,审议并通过了工程转入正样研制阶段。 2006年
5月29日—6月2日,测控系统利用欧洲航天局 SMART-1卫星开展 USB 与 VLBI综合测轨试验。 “绕”的目标发射环月探测器,对地月转移轨道设计及月球捕获控制技术进行验证,同时对月球表面进行拍照详查,为后续降落月面做好准备。 2007年
10月24日,“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心发射成功。
10月31日,“嫦娥一号”卫星发动机点火,进入地月转移轨道,顺利与月球交会。
11月5日,“嫦娥一号”成功被月球引力捕获。
11月7日,“嫦娥一号”卫星准确进入月球轨道。 
11月26日9时40分许,来自“嫦娥一号”的一段语音和《歌唱祖国》歌曲从月球轨道传回。中国首次月球探测工程的第一幅月面图像通过新华社发布。 2008年
1月31日,中华人民共和国国防科学技术工业委员会正式发布首幅由“嫦娥一号”卫星拍摄的月球极区图像。
2月,国务院批准探月工程二期立项。
“玉兔二号”驶离路线规划 11月12日,由“嫦娥一号”拍摄数据制作完成的中国第一幅全月球影像图公布,这是当时世界上已公布的月球影像图中最完整的一幅。 2009年
3月1日16时13分许,在飞控中心的精确控制下,“嫦娥一号”卫星落入东经 52.36°、南纬1.50°的月表区域,实现“受控撞月”。
2010年
1月11日,绕月探测工程获得国家科技进步奖特等奖。
10月1日 18时 59分 57秒,“长征三号丙”运载火箭在我国西昌卫星发射中心点火发射,把“嫦娥二号”卫星成功送入太空。 
10月2日,“嫦娥二号”卫星成功实施首次地月转移轨道中途修正。由于此次轨道修正效果良好,原计划于10月 3日、5日进行的轨道修正动作相继取消。
10月6日,“嫦娥二号”卫星成功实施第一次近月制动,顺利进入周期约12小时的椭圆形环月轨道,成为第二颗中国制造的环月卫星。 “玉兔二号”A点“定妆照”(“嫦娥四号”地形地貌相机摄)  10月8日,“嫦娥二号”卫星成功实施第二次近月制动,进入周期约 3.5小时的椭圆形环月轨道。 
10月9日,“嫦娥二号”卫星成功实施第三次近月制动,进入轨道高度为100千米的圆形环月工作轨道。 
10月26日,“嫦娥二号”卫星成功降轨,进入远地点100千米、近地点15千米的轨道,为在月球虹湾区拍摄图像做好了准备。 
10月29日,“嫦娥二号”卫星圆满完成对月球虹湾区的成像任务。卫星通过实施升轨控制,近月点返回100千米。
10月30日,对卫星实施轨道维持,使其返回 100千米×100千米的环月工作轨道。
12月20日,中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂召开庆祝探月工程“嫦娥二号”任务圆满成功大会。 2011年 
6月9日,“嫦娥二号”受控飞离月球,奔向距地球 150万千米远的日-地拉格朗日 L2点。 8月25日 23时 27分,经过 77天飞行,“嫦娥二号”在世界上首次实现从月球轨道出发,受控准确进入日 -地拉格朗日 L2点的环绕轨道,标志着 3项拓展试验圆满成功。我国成为世界上继欧洲航天局和美国之后第 3个造访 L2点的国家(组织)。 2012年 2月 6日,国家国防科技工业局发布了“嫦娥二号”月球获得的 7米分辨率全月球影像图。 12月 13日,飞离日 -地拉格朗日 L2点约 200天的“嫦娥二号”卫星,在距地球约 700万千米远的深空与图塔蒂斯小行星交会,并获取小行星高清晰图像。 “嫦娥四号”地形地貌相机拍摄的“玉兔二号”正面图像
  2013年
1月18日,“嫦娥二号工程”获得国家科学技术进步奖特等奖。 7月14日,已成为我国首个人造太阳系小行星的“嫦娥二号”卫星与地球相距超过 5000万千米。 “落”的目标使用着陆器在月球表面实现软着陆,释放月球车,进行月球表面遥操作和巡视勘测。
 2013年
12月2日,“嫦娥三号”在西昌卫星发射中心成功发射。 12月6日,“嫦娥三号”抵达月球轨道,开展探月工程中的第二阶段“落”。 12月14日,“嫦娥三号”带着中国的第一辆月球车——“玉兔一号”成功软着陆于月球雨海西北部(虹湾着陆区)。 2014年
10月24日2时0分,我国自行研制的探月工程三期再入返回飞行试验器在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭发射升空,准确进入近地点高度209千米、远地点高度41.3万千米的地月转移轨道。 11月1日6时42分,探月工程三期再入返回飞行试验任务返回飞行器精确再入,安全着陆,成功回收,取得圆满成功。 2015年
探月工程三期再入返回飞行器服务舱已完成环绕地月系统第二拉格朗日点(简称地-月L2点)的拓展试验任务,于2015年1月4日23时实施逃逸机动,飞离地-月L2点,计划1月中旬飞回月球轨道继续为“嫦娥五号”任务开展在轨验证试验。 探月工程三期再入返回飞行器服务舱于9月2日完成对“嫦娥五号”预定采样区遥感成像飞行任务,获取了该区域地形地貌信息,为“嫦娥五号”任务月面软着陆和采样区域的选择提供了依据。 2016年
截至 12月14日,“嫦娥三号”已在月面顺利工作3年,创造了当时人类探测器月面最长工作时间的纪录。
“玉兔二号”顶部环拍地形图 2017年
1月9日,中共中央、国务院在北京隆重举行2016年度国家科学技术奖励大会。“嫦娥三号工程”荣获国家科学技术进步奖一等奖。 2018年
5月21日5时28分,我国在西昌卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭成功将探月工程“嫦娥四号”任务“鹊桥”中继星发射升空。 5月25日21时46分,探月工程“嫦娥四号”任务“鹊桥”中继星成功实施近月制动,进入月球至地-月拉格朗日L2点的转移轨道。 6月14日11时6分,探月工程“嫦娥四号”任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制,进入环绕距月球约6.5万千米的地 -月拉格朗日L2点的Halo使命轨道,成为世界首颗运行在地-月L2点Halo轨道的卫星。 12月8日2时23分, 中国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”改二型运载火箭成功发射“嫦娥四号”,开启了月球探测的新征程。 2019年
1月3日10时26分,在反推发动机和着陆缓冲机构的“保驾护航”下,一吨多重的“嫦娥四号”成功着陆在月球背面南极艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区(东经177.6°、南纬 45.5°附近)。 “嫦娥四号”月球背面着陆点 1月3日15时7分,工作人员在飞控中心通过“鹊桥”中继星向“嫦娥四号”发送指令,“两器分离”开始。22时22分,“玉兔二号”到达月面,着陆器与巡视器各自开始就位探测与巡视探测。 1月11日16时47分,“嫦娥四号”“两器互拍”顺利完成,地面接收图像清晰完好,中外科学载荷工作正常,探测数据有效下传,搭载科学实验项目顺利开展,达到工程既定目标,标志着“嫦娥四号”任务圆满成功。至此,中国探月工程取得“五战五捷”。 2月20日,党和国家领导人在北京人民大会堂会见探月工程“嫦娥四号”任务参研参试人员代表。 5月16日,中国科学院国家天文台宣布,利用“嫦娥四号”探测数据证明了月球背面南极艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质,国际学术期刊《自然》在线发布了这一重大发现。
拍摄点附近车辙(“玉兔二号”导航相机拍摄) 11月25日,“嫦娥四号”任务团队获得英国皇家航空学会2019年度团队金奖。
11月26日,“嫦娥四号”在月球背面的工作时长已超过300天,远超设计寿命;“玉兔二号”行驶里程也已超过300米,实现了“双300”的突破。 2020年
6月,“嫦娥四号”任务团队优秀代表,首获国际宇航联合会颁发的世界航天最高奖,并被美国航天基金会授予2020年度航天唯一金奖。 “回”的目标采集月壤样品,并带回地球。 2020年11月24日4时30分,在中国文昌航天发射场,“长征五号遥五”运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”,开启我国首次地外天体采样之旅。 “玉兔二号”驶离“嫦娥四号”抵达X点(“嫦娥四号”监视相机C摄),这是人类 探测器在月球背面留下的第一履足迹。
本文选自《月背征途:中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》,较原文有删节修改,已获得出版社授权刊发。  原文作者丨北京航天飞行控制中心综合整理丨安也


标签: