看，那38万公里外的中国红

中央纪委国家监委网站 柴雅欣报道 38万公里外，一抹“中国红”振奋人心。

12月3日23点10分，嫦娥五号上升器月面点火，3000牛发动机工作约6分钟后，顺利将携带月壤的上升器送入预定环月轨道，实现我国首次地外天体起飞。起飞前，国旗展示系统成功在月面打开，这是中国首次在月球展示“织物版”五星红旗。

至此，嫦娥五号结束月面工作，踏上回乡之路。在月面约48小时，嫦娥五号都做了什么？有哪些收获？未来十余日，嫦娥五号载“土”归来，还要勇闯几道关？

一面国旗，十年见证，正负150摄氏度温差下仍保持本色

每当旭日东升，中华大地，五星红旗迎风招展。12月3日这天，有一面五星红旗非同寻常，竟在月球上“红”了一回。

点火起飞前，嫦娥五号着陆器上升器组合体实现月面国旗展开，这是我国在月球表面首次实现国旗“独立展示”。回传影像显示，在阳光照耀下，“中国红”格外鲜艳。

这是亮相月球的第一面“织物版”五星红旗。2013年12月，嫦娥三号探月，嫦娥着陆器和玉兔月球车互相拍照，月球车“胸前”的五星红旗格外夺目。不过，那时还是“喷涂版”。这一次，嫦娥五号这面“织物版”五星红旗是一面真正的旗帜。

五星红旗能在月球上独立展示，主要依靠月面国旗展示系统辅助。该系统由月面国旗、压紧释放装置、展开机构三部分组成，长约半米。系统在折叠状态下随探测器升空，着陆月球后按照指令解锁打开。

宇宙中电磁辐射强，月表环境恶劣，温差可达正负150摄氏度，这就决定了普通五星红旗无法胜任。从2011年国旗展示系统开始预研立项到2020年成功实现“自拍”，其中凝聚着研制团队长达十年的智慧付出。

一面旗不大，科技含量却很高。如何确保五星红旗展开时拥有足够强度且保持平整？研制团队围绕这一问题做了大量理论研究和模拟试验，单是选材就花了1年多时间。“我们挑选出二三十种纤维材料，通过热匹配性、耐高低温、防静电、防月球尘埃等物理试验，最终采用一种新型复合材料，既满足强度要求，又满足染色性能要求，保证五星红旗能抵御月表恶劣环境，做到不褪色、不串色、不变形。”五星红旗展示系统技术负责人程昌说。

重量也是要严格控制的指标。国旗重量仅12克，国旗展示系统重1公斤，研制团队围绕系统减重问题下了大功夫，不仅材料要轻质化，而且还对设备进行“瘦身”。立项之初，研制团队先后论证过采用四级杆、三级杆和二级杆等方案，但考虑到复杂性和重量等原因，最终选择使用二级杆的方式来呈现。

“之所以采用杆系结构方案，是因为它在航天系统里算比较成熟的技术，包括卫星、飞船等航天器的太阳能电池帆板展开，使用的都是杆系结构，其目的就是保证可靠性。”五星红旗展示系统项目负责人李云峰说。

此外，研制团队还对结构进行优化设计，选取耐高温、抗严寒材料，使其在空间环境中能承受冷热交变、空间辐照、极低真空等恶劣环境考验。

嫦娥五号实现我国首次地外天体起飞，携带约2公斤月壤返回地球

“‘打卡’完毕，着陆器再见，月球再见！”12月3日晚，嫦娥五号上升器“告别”着陆器，携带约2公斤月壤从月面起飞。不少航天人在朋友圈里转发起飞视频，不舍却也充满期待。

嫦娥五号探测器是迄今为止我国研制的最复杂的航天器系统之一，由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成。它们并非“各自为战”，其中，着陆器和上升器组成“摘月战队”，共同开展月面工作；轨道器和返回器组成“返地战队”，负责带月壤返回地球。

连接器，脱落；发动机，点火！瞬间，烈焰升腾，上升器垂直上升——月面采样完毕，嫦娥五号收工回家。

地面固定发射有一套完备的发射塔架系统，点火起飞位置、飞行轨道都经过精确测算。与地面不同，月面环境复杂，没有成熟的发射塔架系统，没有平坦规整的起飞地，更没有地面人员测调确认，着陆器就相当于上升器的“临时塔架”，托举上升器飞离月面。因重量限制等原因，着陆器会继续留在月球。

“起飞初始基准与起飞平台姿态不确定，发动机羽流导流空间受限，地月环境存在差异等都是难题，好在嫦娥五号着陆时就选择了相对平坦的地形，提早进行准备。”中国航天科技集团五院技术专家说。此外，由于月球上没有导航星座，上升器起飞后，需在地面测控辅助下，借助自身携带的特殊敏感器实现起飞时自主定位、定姿。

嫦娥五号不是独自战斗，根据之前获得的着陆器着陆时刻、上升器姿态和位置等数据，地面科研人员提前计算了起飞时间、姿态轨道调整等参数，并远程注入了嫦娥五号的最强大脑——制导导航与控制(GNC)系统中央控制单元。到了预定的月面起飞时刻，主发动机会自行点火，嫦娥五号成为中国第一个在月面起飞的探测器。

据介绍，在起飞后最初一小段距离，上升器不进行姿态调整，之后迅速调整到竖直姿态并快速上升；达到一定高度后，在GNC系统的指挥下，以一定角度转入轨道入射段。从月面起飞算起，经过约6分钟250公里的飞行后，上升器进入交会对接初始轨道，与阔别数日的“返地战队”汇合，齐心协力把“土”特产带回家。

自动采样是嫦娥五号任务核心关键环节之一，综合运用两种“挖土”模式

从12月1日23点11分着陆月球，到12月3日23点10分从月面点火起飞，近48小时，时间不长不短。月球上一昼夜相当于地球上约27天，由于没有大气层保护，月球昼夜温差极大。为避开极端寒冷环境，嫦娥五号必须在月球白天完成采样和其他任务，保证在月球入夜前离开。

工作地点不是随机选择的。嫦娥五号在月球上最大的月海——风暴洋北部的吕姆克山脉附近降落并实施采样。过去，没有人类或是探测器到访此处。40多年前，美国阿波罗计划和前苏联探测器采集的月球样本大多是形成于30到40亿年前的岩石，而根据目前研究成果，嫦娥五号采样区域地质年代较短，岩石更“年轻”。

“嫦娥五号在月球表面的着陆区是月球最值得探索的区域之一，研究这个区域可以帮助科研人员确认10亿至20亿年前月球是否仍处于活火山状态。”美国布朗大学地质科学教授詹姆斯·黑德说。

自动采样是任务关键。12月2日22点，经过约19小时月面工作，嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样，并按预定形式将样品封装保存在贮存装置中。

表钻结合，多点采样。如何在月球采集到尽可能多的月壤样本，并且封装好，是嫦娥五号的研制重点。经过严苛的论证，专家决定采取两种“挖土”模式，分别是钻具钻取和机械臂表取。

“钻取就是通过空心钻杆的取芯机构，钻到月球表面两米以下处，得到深层样品的层理信息。表取就是采用机械臂末端固定铲挖型采样器，进行表层和次表层月壤采集，多点、多次采样。”中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器系统副总设计师彭兢说。

除了采样，嫦娥五号探测器还配置了降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷，能够在月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中发挥重要作用。

首次月面采样面临诸多困难。首先，采样装置是全新研制的，技术新、难度大，且采样任务时序紧张、机构动作多、不确定因素多。月面白天温度超过100摄氏度，嫦娥五号经受住了高温考验，克服了测控、光照、电源等方面的条件约束，依托全新研制的地外天体样品采集机构，顺利完成多点、多样化自动采样任务。

万千准备确保万无一失。嫦娥五号探测器研制团队不仅对月面采样过程进行了联合设计分析，确定了先钻后表、器地协同的工作程序，以及器上操作、地面测控和地面物理验证三位一体的飞控模式，而且还设计了遥控工作、预编程工作和半自主工作三种工作模式，确保采样过程的可靠性。

采样过程可靠，“打包”封装也不能马虎。相比月面极高真空环境，地球大气中不仅有气体成分，还飘浮着各种固体颗粒，如果月球样品接触这些物质后被污染，科研价值将大打折扣。

据中国航天科技集团五院研制专家介绍，封装用的“小罐罐”内外分层，便于钻取和表取的月壤分开保存。钻取月壤放在夹层的软袋子里，表取月壤放在内胆里。针对月球极高真空、高低温环境和月尘干扰，密封封装采用了橡胶圈和金属挤压相结合的方式。特别是金属挤压，对合金金属硬度、混合比例有极高要求。为此，月球样品密封封装子系统团队花了几年时间，做了大量实验，就是为了保护样品既不发生物理变化，也不发生化学变化，把纯天然、无污染的月壤带回地球。

交会对接挑战大，茫茫天空实现精准“牵手”

“摘月战队”在月球上忙活，另一边，“返地战队”也没闲着，它们已经做了几次变轨，调整轨道相位，做好了迎接上升器的准备。

从上升器进入环月飞行轨道开始，通过远程导引和近程导引技术，上升器与“返地战队”逐步完成交会对接，上升器中存放的月球样品通过轨道器转移到返回器中。

要从月球回到地球，嫦娥五号在月球轨道的交会对接很关键。这是一个惊心动魄的时刻。据彭兢介绍，嫦娥五号采取自动交会对接的方式，面临的挑战之一是引力环境。

虽然我国已掌握空间交会对接技术，载人航天工程也曾进行过多次交会对接，但以往神舟飞船、天宫一号等交会对接是在距地球400公里左右的地球轨道上进行的，而嫦娥五号探测器在距地球38万公里的月球轨道上交会对接，属我国首次。航天器面临的引力环境大有不同，研制人员下了大力气攻关克服。

两个航天器交会对接，好比在浩瀚太空中“穿针引线”，对控制精度要求极高。据介绍，此次交会对接没有采取“触碰式”对接，而是采用“搂紧”方式，类似双臂拉住对方随后收紧。这种方式对精度要求也极高，达到厘米级。

“两个航天器的相对位置要控制在误差不能超过5厘米的精度范围。除了月球引力环境的影响以外，交会对接中，由于两个航天器的重量差异大，一旦速度控制出现偏差，也会造成两器相撞从而导致对接的失败。为此，研制人员量身打造了一套全新的对接机构。”彭兢说。

此外，由于无法在万里外借助导航卫星帮助，嫦娥五号只能自力更生，月球轨道测控精度、月球轨道敏感器交互、轻小型航天器对接等技术均取得突破。

等待月地入射窗口，轨道器和返回器分离，返回器重新投入地球怀抱

距离回家，嫦娥五号还要经历几个关口？

当返回器“吞入”样品、扣上盖子，轨返组合体就可以与上升器分离，踏上回家之路了。首先是环月等待，嫦娥五号轨返组合体从对接舱分离并进入月地入射点，在环月等待段飞行过程中进行1次轨道维持，等待月地入射窗口的到来，全力以赴做好返地准备。

接下来是月地转移阶段。当嫦娥五号轨道器携返回器由月球向地球呼啸而来，在预定时机加速进入月地转移轨道，经历多次中途修正后，在接近地球大约5000公里高度时将返回器释放。

最后一步是再入回收。嫦娥五号返回器与轨道器分离后，轨道器进行规避机动，返回器则要经历惯性滑行、地球大气再入、回收着陆三个阶段完成最后的降落。返回器首先以每秒约11公里的第二宇宙速度冲向地球，在进入地球大气层后，通过半弹道跳跃式再入返回技术重新跳出大气层，再以第一宇宙速度进行降落。距离地面10公里高度时，返回器将打开降落伞，着陆于内蒙古四子王旗预定着陆区域，地面搜索回收力量预计在两天内完成回收任务。

为什么要在进入地球大气后跳出去，再重新跳进大气层呢？不能“一步到位”吗？

返回器冲向地球的第二宇宙速度，是能够脱离地球引力场束缚的最小速度，但也比从近地轨道返回地面的神舟载人飞船返回舱要快得多。为解决速度这个问题，科技人员设计了半弹道跳跃式返回办法，相当于在太空“打水漂”。返回器进入地球大气层，减速后将再次跳出大气层并第二次进入大气层。返回器再入地球大气层的速度将从十几公里每秒，降低到七公里多每秒，从而安全落地。

从嫦娥一号拍摄的全月球影像图，到嫦娥二号成功获取月球虹湾局部地区1米分辨率影像图，再到嫦娥三号成功实现落月梦想、嫦娥四号实现人类探测器首次月背软着陆揭开月球背面神秘面纱……嫦娥一路向月行。这一次，作为我国无人月球探测的收官之战，嫦娥五号不仅向月行，还要向地归。

嫦娥五号从11月24日发射到完成地面回收，整个过程预计历时23天左右。在冬至前后的深夜，它将满载而归，落在内蒙古四子王旗着陆点。 【编辑:黄钰涵】