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月球|嫦娥五号创造中国航天史上多个首次

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12月1日23时11分 ， 嫦娥五号探测器着陆月球表面；12月3日23时10分 ， 完成月表工作的嫦娥五号上升器点火起飞 。 钻取完成、采样结束、点火起飞……一系列操作在这48小时里按计划顺利进行 ， 每一步都是中国航天领域的首次尝试 。
虽然在地球上经过成千上万次试验 ， 但由于月表复杂、极端的环境 ， 以及导航的“鞭长莫及” ， 很多关键动作只能依靠探测器自主决策 ， 每一步都蕴含着风险 。
●月面采样
采用两种“挖土”模式“人工智能”助力
嫦娥五号月面工作为期2天 ， 实际采集样本时间为19小时 。 在整个嫦娥五号任务中 ， 最核心关键的操作就是自动采样和封装 ， 需要考虑探测器的测控、光照条件、电源、热控等各种约束 。
航天科技集团五院设计师为嫦娥五号设计了两种“挖土”模式：钻取和表取 。 钻取是利用钻头钻进月表2米深处 ， 采集深层样品；表取是在降落点附近月球表面多点采样 ， 采集月表样品 。 据钻取系统研制单位航天科技集团五院529厂介绍 ， 采样的钻头具备对8级硬度岩石的钻进能力 ， 针对不同颗粒度月壤 ， 会采取切、削、拨、挤、排等不同操作 。 此外 ， 钻取系统有“人工智能”的帮助 。 在经过上千次试验后 ， 形成不同工况的钻取参数数据库 。 数据库支撑月表工作决策 ， 钻头在月表遇到不同工况 ， 钻取系统可以在“回转”“冲击”和“回转+冲击”三种模式中自由切换 ， 适应复杂的情形 。
嫦娥五号带回的样品重量被设定为2千克 ， 这是依据探测器运载能力等因素综合考虑的 。 中国科学院国家天文台研究员郑永春表示 ， 从科研需求角度来看 ， 2千克样品已足够支撑科学研究 。 随着科技的进步 ， 科学家希望得到的是在月球多个区域的取样 。 此次嫦娥五号采样的地点 ， 正是此前人类探测器从未到过的区域 ， 有望为月球火山、地质活动演化带来新的研究成果 。
●月面起飞
没有“地勤”支持着陆器做“发射塔架”
12月3日23时10分 ， 完成月表工作的嫦娥五号上升器点火起飞 ， 这是我国航天器首次在地外天体起飞 。
这与在地面发射火箭不同 ， 地面有完善的发射场系统和保障团队 ， 起飞位置和姿态可以精准测算 ， 保障措施齐全 。 但月面起飞没有“地勤”支持 ， 一切都靠自己 ， 还必须一次成功 。
起飞时 ， 着陆器就是上升器的“发射塔架” 。 上升器在起飞前数小时进入准备程序 。 地球上的科研人员根据上升器姿态和位置等数据 ， 计算上升器起飞时间、姿态轨道调整参数等数据 ， 远程注入上升器的控制系统 ， 设定预定起飞时刻 。
预定起飞时刻来临 ， 主发动机自行点火 。 在起飞最初一小段距离 ， 上升器不进行姿态调整 ， 之后会迅速调平 ， 竖直上升 。 到达一定高度后 ， 按照既定程序拐弯 ， 以一定角度转入轨道入射段 。 整个过程约6分钟 ， 飞行约250公里 ， 上升器顺利进入了交会对接初始轨道 。
上升器进入交会对接初始轨道后 ， 还要进行多圈飞行 ， 完成4次远程导引 ， 来到轨道器和返回器组合体斜上方位置 ， 准备交会对接 。 对接成功后 ， 上升器将采集的样品转移到返回器里 ， 然后分离 ， 完成使命 ， 留在环月轨道上 。
●月面展旗
1秒内完成系列动作国旗选材超过1年
完成了样品采样和封装 ， 在起飞回家之前 ， 嫦娥五号还做了一件事：展开五星红旗 。
这面国旗很轻 ， 重量只有12克 ， 被收纳在“旗杆”里 ， 固定在基座上 ， 一直处于密封状态 。 展旗的时候 ， 经过解锁、支架展开、支架固定等步骤 ， 以卷轴形式打开 ， 一系列动作在1秒钟内完成 。
此次展旗也创造了中国航天的一个首次 。 嫦娥三号、四号在月球展示的国旗 ， 都是喷涂在探测器上 ， 不需要特别操作 。 而嫦娥五号的国旗是独立的机构 ， 有展开的动作 ， 也是唯一一面织物国旗 。
据嫦娥五号月面国旗展示系统研制方航天三江九部介绍 ， 因月面的极端环境 ， 温差在正负150摄氏度间 ， 单一纤维和纺织工艺无法满足要求 。 普通国旗放在月球上 ， 会迅速褪色、串色 ， 甚至分解 。 选材花费了超过1年的时间 ， 研制人员对数十种纤维材料做了大量物理实验 ， 最终选出一种新型复合材料 ， 能够在月球实现不褪色、不串色、不变形 。
【月球|嫦娥五号创造中国航天史上多个首次】为了控制重量 ， 研制团队还对结构优化设计 ， 尽量将结构件做薄、做小 。 比如旗杆顶端用来固定的球做成空心 ， 重量小到极致 。 加工人员从玩具扭蛋中得来灵感 ， 制作两个半球 ， 用螺纹组合为完整球体 。 这项工艺相当于在头发丝上做微雕 ， 还获得了发明专利 。 （采访人员 倪伟）

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