嫦娥五号:月球探測器-中文百科頻道

研制曆程

研制單位

嫦娥五号任務由國家航天局組織實施，具體由工程總體和探測器、運載火箭、發射場、測控與回收、地面應用等五大系統組成。國家航天局探月與航天工程中心為工程總體單位，中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研制運載火箭系統、中國空間技術研究院抓總研制探測器系統。中國衛星發射測控系統部負責組織實施發射、測控與回收。中國科學院國家天文台抓總研制地面應用系統，負責科學數據和樣品的接收、處理、存儲管理等工作。

任務目标

與前幾次探月任務相比，嫦娥五号任務最重要的目标就是“采樣返回”。這也是中國“探月工程”規劃的“繞、落、回”中的第三步。具體的工程目标是三個方面：

一是突破跟采樣返回相關的新的一些關鍵技術。

二是實現地外天體的自動采樣返回。

三是進一步完善探月工程體系，為載人登月和深空探測奠定一定的人才、技術和物質基礎。

方案論證

預研

2009年，在探月二期工程實施的同時，為銜接探月工程一、二期，兼顧中國未來載人登月和深空探測發展，中國正式啟動了探月三期工程的方案論證和預先研究。

立項

2011年，探月三期工程正式立項，任務目标是實現月面無人采樣返回。該工程規劃了2次正式任務和1次飛行試驗任務，分别命名為嫦娥五号、嫦娥六号和嫦娥五号高速再入返回試驗。其中，嫦娥五号規劃為中國首個實施月面取樣返回的航天器。

再入返回試驗

2014年10月24日，探月工程三期再入返回飛行試驗器由長征三号丙運載火箭發射升空，準确進入地月轉移軌道。同年11月1日，服務艙與返回器分離，随後返回器順利着陸，試驗任務取得圓滿成功。服務艙拉升軌道，繼續開展拓展試驗，先後完成了遠地點54萬千米近地點600千米大橢圓軌道拓展試驗和環繞地月L2點探測、返回月球、嫦娥五号調相機動模拟試驗等任務。

2015年2月，國防科技工業局宣布，探月工程三期再入返回飛行器服務艙為嫦娥五号任務開展在軌驗證，已完成調相試驗，模拟嫦娥五号着陸器月面采樣期間，軌道器的飛行控制過程，驗證軌道設計、飛控時序、軌道精度等相關技術項目，為月球軌道交會對接創造良好條件。

長征五号運載火箭

2016年11月3日20點40分，長征五号在中國文昌航天發射場順利升空，為發射我國第一顆執行月球取樣返回任務的嫦娥五号奠定了基礎。

着陸器推進子系統

2017年1月，嫦娥五号探測器着陸器推進子系統正樣熱試車取得成功，這标志着嫦娥五号着陸器推進子系統熱試車收官。這也是嫦娥五号研制進程中非常關鍵的一步。

兩度推遲

2015年3月，時任嫦娥五号總設計師、總指揮顧問的葉培建院士表示，嫦娥五号将于2017年前後發射，實現月球取樣并返回地球，後推遲。

2019年1月14日，國家航天局宣布，嫦娥五号月面采樣返回任務将于2019年年底左右實施，後再度推遲。

2020年9月，時任中國探月工程副總設計師于登雲透露，嫦娥五号将于2020年底前發射，實現月球區域軟着陸及采樣返回。

發射準備

2020年11月17日，長征五号遙五運載火箭和嫦娥五号探測器在中國文昌航天發射場完成技術區總裝測試工作後，垂直轉運至發射區，計劃于同月下旬擇機實施發射。

2020年11月23日18時30分許，長征五号遙五運載火箭開始加注液氧液氫低溫推進劑，計劃于24日淩晨4時至5時擇機實施發射任務。

系統組成

探測器系統

嫦娥五号探測器總重8.2噸，由軌道器、返回器、着陸器、上升器四部分組成，後續在經曆地月轉移、近月制動、環月飛行後，着陸器和上升器組合體将與軌道器和返回器組合體分離，軌道器攜帶返回器留軌運行，着陸器承載上升器擇機實施月球正面預選區域軟着陸，按計劃開展月面自動采樣等後續工作。

火箭系統

嫦娥五号的發射任務由長征五号遙五運載火箭承擔，此次發射任務是中國新一代大推力低溫液體運載火箭--長征五号系列運載火箭的第六次發射，也是2020年第三次執行發射任務。此前，長征五号B遙一火箭成功首飛；長征五号遙四火箭成功發射了“天問一号”火星探測器。

任務曆程

發射入軌

2020年11月24日4時30分，長征五号遙五運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空，火箭飛行約2200秒後，順利将探測器送入預定軌道。

太空運行

軌道修正

2020年：

11月24日22時06分，嫦娥五号探測器3000N發動機工作約2秒鐘，順利完成第一次軌道修正，繼續飛向月球。本次嫦娥五号任務發射入軌精度較高，軌道修正量很小。截至第一次軌道修正前，嫦娥五号探測器各系統狀态良好，已在軌飛行約17個小時，距離地球約16萬千米。

11月25日22時06分，嫦娥五号探測器兩台150N發動機工作6秒鐘，順利完成第二次軌道修正。截至第二次軌道修正，嫦娥五号探測器已在軌飛行約41小時，距離地球約27萬千米，探測器各系統狀态良好，地面測控通信各中心和台站跟蹤正常。

2020年12月14日，嫦娥五号軌道器和返回器組合體順利完成第一次月地轉移軌道修正。

近月制動

11月28日20時58分，嫦娥五号探測器經過約112小時奔月飛行，在距月面400千米處成功實施3000牛發動機點火，約17分鐘後，發動機正常關機，順利進入環月軌道。

11月29日20時23分，嫦娥五号探測器在近月點再次“刹車”，從橢圓環月軌道變為近圓形環月軌道。

組合分離

11月30日4時40分，在科技人員精确控制下，嫦娥五号探測器組合體順利分離，将擇機實施月面軟着陸。

月面着陸

12月1日22時57分，嫦娥五号着陸器和上升器組合體從距離月面約15千米處開始實施動力下降，7500牛變推力發動機開機，逐步将探測器相對月球速度從約1.7千米/秒降為零。期間，嫦娥五号探測器進行快速姿态調整，逐漸接近月表。此後進行障礙自動檢測，選定着陸點後，開始避障下降和緩速垂直下降。12月1日23時11分，嫦娥五号探測器成功着陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度的呂姆克山脈以北地區，并傳回着陸影像圖。

采樣工作

12月2日4時53分，探月工程嫦娥五号着陸器和上升器組合體完成了月球鑽取采樣及封裝。

12月2日22時，經過約19小時月面工作，探月工程嫦娥五号探測器順利完成月球表面自動采樣，并已按預定形式将樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。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拟采樣，為采樣決策和各環節操作提供了重要依據。着陸器配置的月壤結構探測儀等有效載荷正常工作，按計劃開展科學探測，并給予采樣信息支持。

月面起飛

12月3日23時10分，嫦娥五号上升器3000N發動機工作約6分鐘，成功将攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。這是我國首次實現地外天體起飛。

月軌對接

12月6日5時42分，嫦娥五号上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，并于6時12分将樣品容器安全轉移至返回器中。這是中國首次實現月球軌道交會對接。

成功分離

12月6日12時35分，嫦娥五号軌道器和返回器組合體與上升器成功分離，進入環月等待階段，準備擇機返回地球。

受控落月

12月8日6時59分，嫦娥五号上升器按照地面指令受控離軌，7時30分左右降落在月面經度0度、南緯30度附近的預定落點。

月地轉移

12月12日9時54分，嫦娥五号軌道器和返回器組合體經曆了約6天的環月等待，實施了第一次月地轉移入射，從近圓形軌道變為近月點高度約200千米的橢圓軌道。

12月13日9時51分，嫦娥五号軌道器和返回器組合體實施第二次月地轉移入射。在距月面約230千米處成功實施四台150牛發動機點火，約22分鐘後，發動機正常關機。根據實時遙測數據監視判斷，軌道器和返回器組合體成功進入月地轉移軌道。

12月16日9時15分，嫦娥五号軌道器和返回器組合體上25N發動機工作約8秒鐘，順利完成第二次月地轉移軌道修正，組合體上各系統狀态良好。針對這次搜索回收返回器的任務特點，酒泉衛星發射中心更新改造了十餘套設備。着陸場系統已進行了多次針對性演練，考核驗證了改造設備的穩定性和可靠性。

返回着陸

12月17日淩晨，嫦娥五号返回器攜帶月球樣品，采用半彈道跳躍方式再入返回，在内蒙古四子王旗預定區域安全着陸。

軌道運行

2021年3月，嫦娥五号軌道器在地面飛控人員精确控制下，成功被日地拉格朗日1點捕獲，成為中國首顆進入日地L1點探測軌道的航天器。軌道器對地距離93.67萬公裡，整器姿态穩定、能源平衡、工況正常，後續将在日地L1點探測軌道運行，運行一圈周期約為6個月。

技術創新

嫦娥五号主要面對取樣、上升、對接和高速再入等四個主要技術難題。同時，嫦娥五号的系統設計面臨五大挑戰。

第一是“分離面多”。相較于神舟飛船和“嫦娥三号”均隻有兩個部分需要分離，即兩個分離面，“嫦娥五号”有5個分離面，分别是軌道器和着陸器組合體、着陸器和上升器組合體、軌道器和返回器組合體、軌道器和支撐艙及軌道器與對接支架。這些分離面都必須“一次性成功”。

第二是“模式複雜”。探測器需要經曆多個飛行階段，還需要完成月面采樣、月面起飛上升、月球軌道交會對接和樣品轉移、地球大氣高速再入返回着陸等關鍵環節，并且設計約束多。其中，上升器與軌道器需要在距離地球38萬千米的月球軌道上完成對接，在這裡無法借助衛星導航的幫助，需要依靠探測器自身實現交會對接。

第三是“細節嚴酷”。為獲取月壤樣品，“嫦娥五号”無人采樣器将通過采樣鑽頭深入月球内部和采樣機械臂月球表面采樣兩種方法，再把樣品轉移到上升器，由上升器與軌道器對接，最終把樣品轉移到返回器，整個環節必須分毫不差。

第四是“溫度控制”。月球表面白天溫度約零上180攝氏度，夜間零下150攝氏度，晝夜溫差約330攝氏度。另外上升器發動機點火瞬間達到上千攝氏度，如何避免燒毀上升器和着陸器，對研制團隊提出挑戰。

第五是“瘦身壓力”。運載火箭的運載能力對嫦娥五号探測器的重量有嚴格的約束，一方面要盡可能對分系統進行“瘦身”，另一方面，因為備份産品較少，必須确保質量可靠。

任務特色

國旗展示

2020年12月4日，國家航天局公布了探月工程嫦娥五号探測器在月球表面國旗展示的照片。這是繼嫦娥三号、嫦娥四号任務後，五星紅旗又一次展現于月球表面，同時也是五星紅旗第一次月表動态展示。

後期研究

月球樣品

2020年12月19日，重1731克的嫦娥五号任務月球樣品正式交接，标志着中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作拉開序幕。

2021年7月12日，國家航天局探月與航天工程中心在京舉行嫦娥五号任務第一批月球科研樣品發放儀式，标志着月球樣品科學研究工作正式啟動。

中國科學家通過嫦娥五号采回的月球樣品發現，月球的岩漿活動一直持續到距今約20億年，月球的壽命比此前推測的又延長了約8億歲。2021年10月19日，中國科學院舉行新聞發布會發布了該成果。研究結果表明，嫦娥五号帶回的玄武岩形成年齡為20.30±0.04億年。

2021年12月25日上午，嫦娥五号備份存儲樣品交接儀式在湖南省韶山市舉行，國家航天局向湖南大學交接月球樣品備份證書，标志着探月工程月球樣品備份存儲韶山基地正式啟用。

2022年，中國科學院空天信息創新研究院及合作者，利用嫦娥五号月球樣品的同位素年齡和着陸區撞擊坑統計結果，在目前常用月球年代函數的基礎上建立了新的更精确的年代函數模型。

2022年，中國科學家基于嫦娥五号采自月球的樣品，研究建立起新的更精确的月球年代函數模型，将為月球和行星科學研究提供更精确的時間标尺。

價值意義

搭載着“嫦娥五号”探測器的長征五号火箭發射成功，标志着中國“探月工程”第三步拉開序幕。嫦娥五号任務是“探月工程”的第六次任務，也是中國航天迄今為止最複雜、難度最大的任務之一，将實現中國首次月球無人采樣返回，助力深化月球成因和演化曆史等科學研究。（央廣網評）

嫦娥五号執行此次任務有着非常重要的意義。這次任務有望實現我國開展航天活動以來的四個“首次”：首次在月球表面自動采樣；首次從月面起飛；首次在38萬千米外的月球軌道上進行無人交會對接；首次帶着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。（央視新聞評）

2021年2月22日上午，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平在北京人民大會堂會見探月工程嫦娥五号任務參研參試人員代表并參觀月球樣品和探月工程成果展覽，充分肯定探月工程特别是嫦娥五号任務取得的成就。他強調，要弘揚探月精神，發揮新型舉國體制優勢，勇攀科技高峰，服務國家發展大局，一步一個腳印開啟星際探測新征程，不斷推進中國航天事業創新發展，為人類和平利用太空作出新的更大貢獻。

實施探月工程是黨中央把握我國經濟科技發展大勢作出的重大戰略決策，工程自立項以來圓滿完成六次探測任務。嫦娥五号任務作為我國複雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程，于2020年12月17日首次實現我國地外天體采樣返回，為未來我國開展月球和行星探測奠定了堅實基礎。（新華社評）

2021年4月16日，嫦娥五号搭載《星光》登月證書頒授儀式暨節目創作研讨會在京成功舉辦。近百位知名學者、外國駐華官員等各界人士參加了活動，共同探讨《星光》節目創作和傳播經驗，向世界傳遞人類命運共同體理念。

2021年12月，我國月球探測工程嫦娥五号采樣返回任務已成功實施一周年。嫦娥五号探測器由軌道器、着陸器、上升器和返回器組成，這個團隊就像接力隊一樣，通過“接力”方式，把月球樣品送回地球。