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“嫦娥”回家 “天問”繞火:開創中國深空探測新紀元

來源:中國科學報 字號: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

  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并參觀月球樣品和探月工程成果展覽。

  2020年12月17日,“嫦娥五號”在經歷了一系列精準操控和自主管控的 23 天地月旅行之后,以一種“半彈道跳躍式” 再入模式、打著水漂回到了地球,并順利帶回了月球土壤。這使我國成為世界上第三個在月球采樣返回的國家,實現了中國深空探測活動的新突破,標志著探月工程“繞、落、回” 三步走規劃的完美收官。

  “嫦娥五號”作為“嫦娥”家族的“五姑娘”,是月球探測工程第三步“回”的首發星,是繼美國和蘇聯后,成功實現地月往返的我國迄今為止復雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程。

  “嫦娥五號”在我國航天史冊上創造了五個首次:在地外天體上首次采樣與封裝、首次點火起飛與精準入軌,在月球軌道上首次實現無人自動對接和樣品轉移,首次攜帶樣品以近第二宇宙速度跳躍式再入大氣層返回,并將首次建立我國月球樣品的存儲分析和研究系統。

  至此,中國探月工程取得了“六戰六捷”的赫赫戰績!2007年,“嫦娥一號”衛星成功發射,揭開了我國開展以月球探測為主的深空探測活動的序幕。2010年,“嫦娥二號”探測器作為探月工程二期的先導星,首次實施了“一探三”的創新任務模式,對月球、日-地 L2 點和圖塔蒂斯小行星實現了序列探測,“嫦娥二號”飛離地球距離突破 5000 萬公里,刷新深空探測的“中國高度”。

  2013年,肩負首次軟著陸任務的“嫦娥三號”,在到達月球后,經過精準的測控變軌、動力下降、懸停偵查和自主避障等高難動作,成功降落在虹灣地區,實現了中國航天器首次在地外天體軟著陸。

  2014年,作為探月工程三期-“回”的探路星,“嫦娥五號” 再入返回飛行試驗器-“舞娣”,成功實現了半彈道跳躍式-“打水漂”似的地球再入二次氣動減速、劇烈熱防護以及高速進入的制導控制等關鍵驗證任務。

  為充分發揮我國航天任務可靠性高的優勢,作為“嫦娥三號”的姊妹星,“嫦娥四號”探測器于2018年開啟了月背探測之旅。借助于“鵲橋”這個占據地月 L2 點優勢位置的中繼星, 于 2019 年成功實現人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察, 揭開了古老月背的神秘面紗,使人類首次在月球背面留下了足跡。

  探月工程的“繞、落、回”是中國深空探測的第一步,顯著推動了我國航天領域相關的一系列高精尖科學技術發展。 在任務實施過程中,科研人員堅守挑戰就是機遇、創新永無止境的理念,砥礪前行、全力攻關,研制了變推力軌道發動機、空間同位素熱/電源,建立了地面深空測控通信網,驗證了包括遠程測控通信、衛星中繼通信、核熱源能量控制、著陸位姿自主確定、全自主避障軟著陸、半彈道跳躍式高速再入返回等一系列深空探測關鍵技術。

  在無數航天人的共同努力與見證下,我國在實施探月工程的同時,建成具備了繞月探測、月球軟著陸、月面巡視與原位探測、航天器再入返回、地月往返等令世人矚目的深空探測能力。

  太空探索永無止境!火星作為與地球最為相近且距離最近的地外行星,承載著人類無數的期待與幻想,是各航天大國爭相前往探測的熱門目標。2月10日,中國首次火星探測任務“天問一號”探測器環繞火星成功,成為中國第一顆人造火星衛星,實現了“繞、著、巡”的首目標,將于5月至6月擇機實施著陸火星并開展巡視探測。

  “天問一號”火星探測工程將實現首次發射就同時實現“環繞、著陸、巡視”三項任務—即“繞、著、巡”一次完成的壯舉,是人類火星探測史上的首次,工程的復雜程度和面臨的技術挑戰極其巨大。

  不同于月球,火星南北半球差異顯著,星表山巒起伏、坑丘棋布,而科學探索價值高的區域恰恰就隱藏在形貌復雜、難以著陸的高危之處。

  火星大氣稀?。s為地球的1%)、穩定性差,星表常伴有突風與沙塵暴;同時火星表面引力約為地球的 38%,探測器下降著陸過程速度快、時間短,且與地球存在長達數十分鐘的通信 時延,實現火星表面軟著陸唯有“自主”、困難重重!

  從進入火星大氣層到著陸火星表面需要經歷驚心動魄 的“恐怖7分鐘”,即要求探測器在7分鐘內完成近火空間的氣動減速、傘降減速、動力減速以及著陸緩沖等任務。實現火星表面定點軟著陸,對火星探測器總體技術、自主任務規劃技術、高速大氣進入減速技術、高精度自主導航技術、自主避障與制導控制技術、緩沖機構結構技術等提出了極高要求。

  為此,國家“973”計劃于“十二五”期間在綜合交叉領域支持兩個深空探測項目,針對火星表面復雜形貌時空表征與識別、多尺度信息優化自主導航、高速大氣進入精確制導與控制、天文測角測速魯棒狀態估計等核心關鍵技術開展攻關, 為火星探測工程的立項與實施提供了關鍵技術支撐。

  目前,我國深空探測的宏偉篇章正在有序展開,多項重量級任務蓄勢待發。除了正在執行首次火星探測任務的“天問一號”,2030年前還規劃有三次行星探測任務,即小行星取樣返回和彗星探測、火星采樣返回、木星系環繞探測和行星穿越探測。

  其中,擬于2024年前后探測近地小行星 2016HO3并取樣返回,同時對主帶彗星 133P 開展繞飛探測。首次小行星探測任務的總體策略是“多目標、多任務、多功能、多階段”,提高任務“性價比”,獲取盡可能豐富的科學探測成果。

  目前,“天問”正在實施火星之問,探月工程四期即將開啟,“嫦娥七號”擬實現月球極區環境與資源勘查。面對“十四五”深空探測新征程,中國航天人將大力弘揚“追逐夢想、勇于探索、協同攻堅、合作共贏”的探月精神,在火星和小行星探測等重大工程的實施中,把中國的深空探測活動推向更高的水平、更遠的星際空間,開創中國深空探測新紀元。

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