作者:甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2020/11/24 8:07:47
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去月球“挖土”,嫦娥五号带了哪些“神器”?

 

11月24日4点30分,嫦娥五号在海南文昌航天发射场发射升空。作为中国探月工程重大专项“绕落回”的收官之战,嫦娥五号将完成我国首次无人月面取样返回。

去月球上“挖土”,显然不是普通挖掘机能干的事儿。那么,为什么要完成如此高难度的任务?嫦娥五号带走了哪些“神器”?

承载科学梦想

回顾历史,人类上一次去月球上“挖土”,还是1976年。当时,苏联月球24号在月面采样,带回100多克月球样本。44年后,嫦娥五号发射升空,即将实现月面自动采样返回。这是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。

不远万里完成超高难度“挖土”,嫦娥五号承载着中国科学家揭示月球之谜的梦想。

此前,嫦娥三号、四号,已经让中国科学家收获诸多令人兴奋的科学结论。例如,嫦娥三号任务中,中国科学院集中科学家、仪器研制技术人员和数据处理技术人员等优势力量组建核心团队,部署重点专项。科学家摸清着陆区上万个撞击坑的分布规律,为月表地质单元地质年龄的判定等科学问题的研究提供了重要信息;探测点精确物质成分信息的获取,帮助科学家发现了一种新的岩石类型……这些工作共发表多篇论文。

嫦娥四号也在人类首次抵达月球背面后频立大功。例如,科学家利用月球车立体相机,近距离获得的高分辨率影像开展着陆区形貌,揭示了“冯·卡门”的撞击坑地形演化历史。在两个频率通道的测月雷达帮助下,浅层结构剖面清晰地展现在科学家面前。

在中国科学院牵头负责下,科学家们为嫦娥五号任务制定了两个科学目标:一是开展着陆点区的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;二是对返回地面的月球样品进行系统、长期的实验室研究,深化月球成因和演化历史的研究。

“这次嫦娥五号能够采回月壤样品,一定能对科学研究有很大的提升。”嫦娥五号发射前夕,来自中科院国家空间科学中心的嫦娥五号有效载荷分系统副主任设计师王雷在塔架前接受《中国科学报》采访时表示。

科学载荷性能升级

嫦娥五号的科学任务主要由探测器执行,上面装载的有效载荷则是关键“神器”。

据王雷介绍,嫦娥五号配置了多种有效载荷,包括全景相机、全景相机转台、降落相机、月球光谱分析仪、月壤结构探测仪、有效载荷载荷数据处理器等。“与嫦娥四号相比,这些有效载荷的性能指标均有了一定的提升。”他表示。

其中,月球矿物光谱分析仪是嫦娥四号“红外成像光谱仪”的升级版,有望对可能存在的水的赋存形式进行分析。“降落相机则可以获得更高分辨率的月表图像。”王雷指出。

月壤结构探测仪功能与嫦娥四号“测月雷达”类似。不过,根据两次任务的不同特点,技术人员为其设计了新形式。这样,除可用于月壤厚度和结构探测外,它还可以在钻取工作前对钻取区的月壤下的石块进行分析判断,为钻取策略提供支持。

最后,载荷数据处理器是载荷分系统的“心脏”,负责有效载荷与探测器的统一接口,对载荷进行供电、数据传输、扩展遥测、指令发送等技术支持。

挑战月午高温

来自中科院国家空间科学中心的嫦娥五号有效载荷总体质量师刘国才介绍,上述科学载荷分别由中科院西安光学精密机械研究所、空天信息研究院、上海技术物理研究所、沈阳自动化研究所、国家空间科学中心,航天科技集团五院508所,航天科工集团四院九部等多家单位研制完成,中科院国家空间科学中心作为有效载荷总体单位,负责抓总落实。

研制过程中,嫦娥五号需要载荷在月午期间工作的特点,给整个研制团队带来挑战。“这和嫦娥四号任务一些载荷在月午不工作的情况不同,因此各载荷在继承嫦娥四号成熟技术基础上,又针对月面高温进行了适应性设计。”王雷说。

例如,全景相机的工作温度上限有所提高,全景相机转台不仅要适应较大的温度变化,还要保证一定的指向精度。月球矿物光谱分析仪也采用新方案,为实现高温环境下获得有效科学数据的奠定基础。

“我们针对载荷装备功能复杂、性能严苛、工作过程时间短、工况风险把控要求高等难点,深化质量服务、理论求索,全面完成了载荷研制过程的所有既定工作。”刘国才告诉《中国科学报》。

发射成功,只是此次任务的第一关,嫦娥五号还会经历多重难关。科学家们期待,嫦娥五号顺利按计划返回,带回解答月球谜题的线索。

 
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