作者：郭超凱
12月3日23時10分，嫦娥五號上升器3000N發動機工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。這是中國首次實現地外天體起飛。
自12月1日23時11分成功落月以來，嫦娥五號在約48小時內迅速完成了“挖土”“打包”“升旗”“起飛”等一系列工作，攜月球“土特產”即將返回地球。
來源：國家航天局供圖。圖片攝影：張高翔
“挖土”
作為中國探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰，嫦娥五號任務會從月球采集約2公斤月球樣品返回地球。平穩著陸于呂姆克山脈以北地區后，嫦娥五號隨即開展月面自動采樣工作。
自動采樣是嫦娥五號任務的核心關鍵環節之一。探測器要經受住超過100攝氏度的月面高溫考驗，克服了測控、光照、電源等方面的條件約束，實現了多點、多樣化自動采樣。
圖為嫦娥五號探測器在月球表面自動采樣。 中新社發 中國國家航天局 供圖
科研人員為嫦娥五號精心設計了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢介紹道：“鉆取就是通過空心鉆桿的取芯機構，鉆到月球表面兩米深以下處，得到深層樣品的層理信息。表取就是采用機械臂末端固定鏟挖型采樣器，進行表層和次表層月壤采集，實現多點、多次采樣。”這兩種方式互為備份，不僅可以提高采樣的成功率和可靠性，同時也能夠獲得更為豐富的樣品種類，為后續科學家研究提供更多可靠的原始資料。
“鉆取初步考慮是0.5公斤，表取是1.5公斤。”中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇曾透露。12月2日4時53分，經過3個多小時的持續作業，嫦娥五號鉆取子系統順利完成鉆取采樣任務。
另一廂，表取采樣也在有條不紊地進行。用于表取的機械臂頗為搶眼，臂桿長3.7米，由數十個關節組成。由于著陸區域條件較好，嫦娥五號的采樣工作比預想更為順利，僅用19個小時便提前完成月表自動采樣任務。
“打包”
相比月面極高真空的環境，地球表面包裹著大氣層，大氣環境中不僅有氣體成分，還漂浮著各種固體顆粒，如果月球樣品接觸到大氣中的這些物質，就會造成污染，導致月球樣品科研價值大打折扣。
嫦娥五號著上組合體模擬圖。北京飛控中心供圖
如何將38萬公里之外的月球樣品在無人條件下進行“打包”，并保證樣品在返回地球的過程中不受污染？由中國航天科技集團五院510所研制的月球樣品密封封裝子系統給出了“答案”，該系統能夠自動承接、封裝月球樣品并具有密封功能的裝置，可將采集到的月球樣品“打包”返回地球。
做好封裝“打包”工作尤為重要。在封裝過程中，中國航天科技集團五院529廠設計師創新出一種“雙管單袋”的鉆進取芯方案。鉆取到的月球樣品，進了取芯管后，取芯軟袋拉繩隨之上提，樣品就被自動裝進軟袋里。由于質地柔軟，軟袋可以很方便地進行纏繞封裝，再放入初級封裝裝置內。中國工程院院士、中國國家航天局原局長欒恩杰形象地將鉆取封裝這一過程比喻成“裝香腸”。
采樣和封裝過程中，科技人員在地面實驗室根據探測器傳回數據，仿真采樣區地理模型并全程模擬采樣，為采樣決策和各環節操作提供了重要依據。經過約19小時月面工作，嫦娥五號探測器于12月2日22時順利完成月球表面自動采樣，并已按預定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。
“升旗”
緊鑼密鼓地開展“挖土”“打包”工作之余，嫦娥五號探測器還不忘在月球上進行一場神圣的“升旗儀式”。點火起飛前，嫦娥五號著上組合體實現月面國旗展開，這是中國在月球表面首次實現國旗的“獨立展示”。
五星紅旗月面展示模擬圖
與嫦娥三號、嫦娥四號以及玉兔月球車上的五星紅旗采用噴涂方式不同，嫦娥五號這面“織物版”五星紅旗是一面真正的旗幟。這是五星紅旗在月球表面的又一次成功展示，也讓中國探測器在月面再次打上“中國標識”。
宇宙中擁有很強的電磁輻射，月球表面環境惡劣，溫差可達正負150攝氏度，這就決定了普通五星紅旗無法在月球上使用。為了讓五星紅旗能順利在月面上展開，中國航天科工集團研制團隊花費1年多時間進行選材，最終挑選出二三十種纖維材料作為候選。
通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等物理試驗，研制團隊最終決定采用某新型復合材料，既能滿足強度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證五星紅旗能夠抵御月表惡劣的環境，做到不褪色，不串色、不變形。
中國航天科工國旗展示系統設計團隊開展技術研討。圖源：中國航天科工集團
嫦娥五號五星紅旗的平面運動包絡將近2000mm×900mm，但整個系統的重量只有1公斤。“雖然這只是一面薄薄的五星紅旗，但科技含量十分高。”五星紅旗展示系統項目指揮馬威感慨道。
“起飛”
當嫦娥“五姑娘”完成月面工作后，她就要踏上“回娘家” 的旅程。俗話說萬事開頭難，返回地球可不容易，第一步能否“邁好”至關重要，這就涉及到中國航天史上另一個首次——月面起飛上升。
嫦娥五號上升器點火瞬間 國家航天局供圖 攝影：張高翔
順利完成月球樣品采樣封裝后，上升器就要準備月面點火起飛，這是一個高難度科目。眾所周知，運載火箭在地球起飛是有一套完備的發射塔架系統的，點火起飛位置也經過精確測算，飛行軌道更是一遍遍計算好的。但月面起飛就不一樣了，它沒有一馬平川的起飛地點，更沒有成熟完備的發射塔架，著陸器就相當于上升器的發射塔架，托舉著嫦娥“五姑娘”回家。
此外，上升器還要克服地月環境差異、發動機羽流導流空間受限等難題。月面起飛的時候，還無法像運載火箭一樣在地面發射前由地面人員完成測調和確認，必須依靠航天器“自力更生”，實現起飛時自主定位、定姿。
為了確保上升器能夠順利起飛上升，中國航天科技集團五院嫦娥研制團隊進行了大量的試驗驗證，并建立了一整套環環相扣的系統保證任務，為嫦娥五號勝利邁出回家一步保駕護航。
12月3日23時10分，“滿載而歸”的嫦娥五號上升器從月面起飛，實現中國首次地外天體起飛。后續，在完成交會對接與樣品轉移、環月等待后，嫦娥五號將正式啟程返回地球。
