嫦娥五号 一块月球岩石的地球之旅

这是我第一次来到地球,又或许我曾经就是从这里出发的。
我原本是月球表面一块普普通通的岩石。十几天前,一个机械结构在月球表面挖了一把土,我就跟着这堆土一起被存进了一个容器里。
两天后,我就被带离了月球。
经过大概 13 天的舟车劳顿,这架“大飞机”终于停了下来。接着我听到了越来越接近的车声和人声,听他们说,我应该是在一个叫中国的国度,在内蒙古的一片大草原上,而我坐的这架“大飞机”,叫嫦娥五号。
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我是谁?先介绍一下我自己和我居住的地方吧。我来自月球吕姆克山脉一带,位于风暴洋北部边缘。
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要提醒你们的是,风暴洋是月球最大的月海。虽然名字里带着“水”,但月海其实指的是月面比较低洼的平原,通常地形会比较开阔。
我在吕姆克山脉一带住了非常久,大概在 13 亿至 20 亿年间。我曾经听说,最早在 1969 年 7 月 16 日,就有来自地球的人,成功登陆月球表面的静海,并且在那里带走了 22 千克岩石。我的兄弟姐妹们在那里住了至少 30 亿年,比我在吕姆克山住的时间久多了。后来,又陆续来了五批人,总共带走了 380.96 千克岩石。
地球人把岩石运回去后,加以研究后发现,月球岩石和地球岩石具有完全一致的氧同位素组成,说明地球与月球的物质,曾经发生过充分混合。
基于这些分析,地球人提出了一个月球形成的假说:小行星碰撞说。这个理论认为,地球形成后不久,被一颗小行星“忒伊亚”撞击。忒伊亚整体被撞碎,而地球的一部分物质也被撞飞。忒伊亚和地球的物质混合在一起,围绕着地球运动,最终融合成了月球。
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(月球形成演示动画,来自 BBC 视频)
按照这个假说,其实地球才是我真正的故乡,我这趟旅程算是回老家了。
我是怎么被带回地球的?听来大草原上接我的人说,嫦娥五号是在 2020 年 11 月 24 日 4 时 30 分出发的。长征五号遥五火箭在海南文昌发射场升空,把嫦娥五号探测器送往月球。
嫦娥五号由四部分构成,分别是轨道器、返回器、着陆器和上升器。四部分自下而上串联。其中,轨道器和返回器形成 “轨返组合体”,着陆器和上升器形成 “着上组合体”。
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探测器在经历地月转移、近月制动和环月飞行后,“着上组合体” 和 “轨返组合体” 分离。12 月 1 日 23 时 11 分,嫦娥五号的“着上组合体”降落在我居住的地方,也就是吕姆克山脉一带,而“轨返组合体” 留在了环月轨道。
“着上组合体”在月球上呆的时间不算长,大约有两天时间。在这两天里,它需要完成月球钻取采样和封装工作。正是在这个过程里,我和其他兄弟姐妹一起被收集到了上升器的容器中。
2020 年 12 月3 日 23 点 10 分,上升器点火脱离着陆器,起飞离开月球表面,我也正式开始了去往地球的旅途。
12 月 6 日 5 时 42 分,上升器成功与“轨返组合体”交会对接,并且在 6 时 12 分将月壤样品容器,安全转移到返回器里。同日 12 时 35 分,“轨返组合体”与上升器成功分离,进入环月等待阶段,择机返回地球。
12 月 12 日 9 时 54 分,在经过约 6 天的环月等待后,“轨返组合体”实施了第一次月地转移入射。13 日 9 时 51 分,“轨返组合体”实施第二次月地转移入射,进入月地转移轨道。
就这样,我待在嫦娥五号的“轨返组合体”里,在太空中航行了大约 3 天时间。
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12 月 17 日 1 时许,轨道器和返回器解锁分离,返回器带着我返回地球。在返回地球过程中,嫦娥五号返回器采用了一种名为“半弹道跳跃式再入” 的方式。这种返回形式,有个形象的比喻 ——“太空水漂”。
之所以要采用这种方式,是因为返回器从月球飞往地球的过程中,速度最高可达每秒 11.2 公里,已经是第二宇宙速度。而从近地轨道返回的航天器,速度大约为每秒 7.9 公里,即第一宇宙速度。
这 3.3 公里 / 秒的差距,会带来极高的温度差异。如果嫦娥五号返回器选择 “硬冲”(即弹道式再入),以 11.2 公里 / 秒的速度进入地球大气层,将面临剧烈高温的考验,而且无法进行姿态和轨道的调节,对轨道设计、分离释放和落点预报能力要求很高。

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