原标题:看，38万公里外的中国红

来源：中央纪委国家监委网站

12月4日，国家航天局公布了嫦娥五号探月工程在月球表面展示的国旗照片。这是嫦娥三号和嫦娥四号任务后，第一次在月球表面动态展示五星红旗。这是一张由嫦娥五号着陆器和登月舱组合的全景照相机拍摄的五星红旗在月球表面成功展开的照片。(图片由国家航天局提供，国家天文台提供技术支持)

38万公里外，一抹“中国红”就让人心动。

12月3日23时10分，嫦娥五号在月球表面点火。3000-N发动机工作6分钟左右后，携带月球土壤的立管成功送入绕月轨道，实现了我国首次地外天体起飞。起飞前，国旗展示系统在月球上成功开启，这是中国首次在月球上展示五星红旗的“织物版”。

至此，嫦娥五号完成了登月任务，踏上了回家的路。月球上48小时左右，嫦娥五号做了什么？有什么收获？接下来的十天左右，嫦娥五号带着“大地”归来，需要多少关才能勇敢？

一面国旗，见证了十年，在正负150摄氏度的温差下依然保持本色

每当太阳升起，五星红旗在中国大地的风中飘扬。12月3日，一面五星红旗如此不同寻常，以至于它在月球上曾经是“红色”的。

在点火起飞前，嫦娥五号着陆器的升降器总成实现了月球国旗的展开，这是我国首次实现国旗在月球表面的“独立展示”。返回的图像显示，“中国红”在阳光下特别明亮。

这是第一个出现在月球上的五星红旗的“织物版”。2013年12月嫦娥三号探月时，嫦娥着陆器和玉兔月球车互相拍照，月球车“胸”上的五星红旗格外醒目。不过，还是“喷版”。这次嫦娥五号五星红旗的“面料版”是真旗。

五星红旗可以在月球上独立显示，主要由月球旗显示系统辅助。该系统由月旗、压放装置和展开机构组成，长约半米。折叠状态下，系统随探测器上升空，登月后按指令解锁开启。

宇宙中电磁辐射强，月球表面环境恶劣，温差可达正负150摄氏度，这就决定了普通五星红旗无能。从2011年的国旗展示系统预研项目，到2020年“自拍”的成功实现，凝聚了开发团队十年的智慧。

一面旗不大，但科技含量高。如何保证五星红旗有足够的力量，展开时保持平整？研究小组围绕这个问题做了大量的理论研究和模拟实验，光是选材就花了一年多的时间。“我们选用了二三十种纤维材料，通过热匹配、耐高低温、抗静电、抗月尘等物理测试，最终采用了新型复合材料，既满足强度要求，又满足染色性能要求，确保五星红旗。它能抵御月球的恶劣环境，不褪色、不变色、不变形。”五星红旗显示系统技术总监常诚说。

体重也是需要严格控制的指标。国旗重量只有12g，国旗展示系统重量为1kg。研究小组为减轻系统的重量付出了巨大的努力，不仅是为了减轻材料的重量，也是为了“减轻”设备的重量。在项目开始时，研究小组已经演示了使用四极、三极和两极方案，但考虑到复杂性和重量，最终选择使用两极方法。

“之所以采用杆式结构方案，是因为它是航天系统中比较成熟的技术，包括卫星、航天器等航天器的太阳能电池帆板，采用杆式结构，其目的是为了保证可靠性。”五星红旗展示系统项目负责人李云峰说。

此外，研究团队还对结构进行了优化设计，选用了耐高温、耐严寒的材料，使其能够承受冷热交替、在空之间辐照、极低真值空等严酷的环境试验。

5日，嫦娥实现了中国首次发射地外天体，并携带约2公斤月球土壤返回地球

“‘打卡’结束了，再见着陆器，再见月球！”12月3日晚，“嫦娥五号”上升管“告别”着陆器，携带约2公斤月球土壤，从月球表面起飞。很多航天员在朋友圈转发起飞视频，但也充满期待。

嫦娥五号探测器是我国研制的最复杂的航天器系统之一，由轨道器、返回器、着陆器和升降舵组成。他们不是“互相争斗”。其中，登陆器和提升器组成“探月队”，共同开展探月工作；轨道飞行器和返回者组成一个“返回团队”，负责将月球土壤带回地球。

连接器，脱落；发动机，点火！瞬间，火焰升起，立管垂直上升——在月球表面取样后，嫦娥五号收工回家。

地面固定发射有完整的发射塔系统，点火起飞位置和飞行轨道已精确测量。与地面不同，月球环境复杂，没有成熟的发射塔系统，没有平坦正规的起飞地点，也没有地面人员的确认。着陆器相当于立管的“临时塔”，它将立管从月球表面抬起。由于重量限制和其他原因，着陆器将留在月球上。

“起飞的初始基准和起飞平台的姿态不确定，发动机羽流分流空有限，地球和月球之间的环境不同。好在嫦娥5号着陆时选择了比较平坦的地形，早有准备。”中国航天科技集团公司第五研究院的技术专家说。此外，由于月球上没有导航星座，所以在升空后，需要借助地面测控，借助自身专用传感器，实现起飞时的自主定位和姿态确定。

嫦娥五号并不是孤军奋战。地面研究人员根据着陆器的着陆时间、升降舵的姿态和位置数据，提前计算出起飞时间、姿态和轨道调整参数，并远程注入制导、导航和控制(GNC)系统的中央控制单元嫦娥五号的超脑。在预定的月球表面起飞时间，主机将自行点火，嫦娥五号成为我国首个在月球表面起飞的探测器。

据报道，在起飞后的第一个短距离内，升降器不调整姿态，然后迅速调整到垂直姿态，迅速上升；达到一定高度后，在GNC系统的指挥下，以一定角度转入轨道入射段。在距月球表面约6分钟250公里的飞行后，上升器进入交会对接的初始轨道，与离开数天的“返航队”会合，齐心协力把“土特产”带回家。

自动采样是嫦娥五号任务的核心关键环节之一，它综合运用了两种“挖掘”模式

12月1日23: 11登陆月球，12月3日23: 10从月球表面起飞，耗时近48小时。月球上一昼夜相当于地球上27天左右。由于没有大气保护，月球上昼夜温差极大。为了避开极寒的环境，嫦娥五号必须在农历白天完成采样等任务，并保证在入夜前离开。

工作地点不是随机选择的。嫦娥五号降落在月球上最大的月海——风暴洋北部的吕姆克尔山脉附近，并进行采样。在过去，没有人类或探测器到过这里。40多年前，美国阿波罗计划和前苏联探测器采集的月球样本，大多是30至40亿年前形成的岩石。根据目前的研究结果，嫦娥五号采样区地质年代较短，岩石较年轻。

“嫦娥五号在月球表面的着陆区是最值得探索的月球区域之一。研究这个区域可以帮助研究人员确认月球在10亿到20亿年前是否仍然处于活跃的火山状态。美国布朗大学地质科学教授詹姆斯·海德说。

自动采样是这项任务的关键。12月2日22: 00，嫦娥五号在完成约19小时的月面工作后，成功完成月面自动采样，并按照预定的形式将样品包装储存在储存装置中。

地面钻孔和多点取样相结合。如何在月球上收集尽可能多的月球土壤样品并包装好是嫦娥五号的研究重点。经过严格的论证，专家们决定采用两种“挖”的方式，即用钻具钻进和用机械臂取面。

“钻井就是通过空取芯钻杆的取芯机理，钻到月球表面以下两米，获取深部样品的层理信息。台面采集是利用固定在机械臂末端的铲式采样器采集月球表面和表面下的土壤，并进行多点多次采样。”中国航天科技集团公司嫦娥五号探测器系统副总设计师彭静说。

嫦娥五号探测器除采样外，还搭载了着陆相机、全景相机、月球土壤结构探测器、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷，在月球表面形貌和矿物成分探测研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中可以发挥重要作用。

第一次月球采样有很多困难。首先，采样装置是新开发的，技术新，难度大，采样任务时序紧，机构动作多，不确定因素多。月球表面白天的温度超过了100摄氏度。嫦娥五号经受住了高温考验，克服了测控、照明、供电等方面的制约，依靠新开发的地外物体样品采集机制，成功完成了多点、多样化的自动采样任务。

成千上万的人准备确保一切正常。嫦娥五号探测器研究组不仅对月球表面采样过程进行了联合设计和分析，确定了先钻井、后地面和地面配合的工作程序，以及星上作业、地面测控和地面物理验证三位一体的飞行控制模式，还设计了遥控、预编程工作和半自主工作三种工作模式，保证了采样过程的可靠性。

取样过程可靠，“包装”不能马虎。与月球表面极高的真实空环境相比，地球大气中不仅有气体成分，还有各种固体颗粒漂浮。如果月球样品接触这些物质后受到污染，科研价值将大大降低。

据中国航天科工集团第五研究院开发专家介绍，用于包装的“小罐”内外分层，便于钻孔和地表月壤分开存放。钻出来月壤放在有夹层的软袋里，放在内胆里。鉴于月球高保真空、高低温环境和月球尘埃干扰，密封包装采用橡胶圈和金属挤压相结合的方式。尤其是金属挤压，对合金金属硬度和混合比要求极高。为此，月球样品密封包装子系统团队花了几年时间做了大量实验，只是为了保护样品免受物理变化和化学变化的影响，将纯天然无污染的月球土壤带回地球。

交会对接挑战极大，天空空实现精准“手拉手”

“摘月队”在月球上忙。另一方面，“回归队”也不闲着。他们做了几次变轨，调整了轨道相位，为上升做准备。

从升空进入绕月轨道开始，登月舱和“返回舱”通过远程制导和近程制导技术逐步完成交会对接，并通过轨道器将升空储存的月球样本转移到返回舱。

嫦娥五号在月球轨道上的交会对接是从月球返回地球的关键。这是一个惊心动魄的时刻。彭静表示，嫦娥五号采用自动交会对接，面临的挑战之一是重力环境。

虽然我国掌握了空的交会对接技术，载人航天工程多次进行交会对接，但过去神舟飞船与天宫一号的交会对接是在距离地球约400公里的地球轨道上进行的，而嫦娥五号探测器是在距离地球38万公里的月球轨道上交接对接的，这在我国尚属首次。航天器面临的引力环境截然不同，研究人员为克服它付出了巨大的努力。

两个航天器的交会对接就像在浩瀚的太空中“穿针引线”空，要求极高的控制精度。据报道，交会对接并没有采用“碰”对接，而是采用了“抱”的方式，类似于双臂抱在一起再收紧。这种方法也要求极高的精度，达到厘米级。

“两个航天器的相对位置应控制在不超过5厘米的精度范围内。除了月球引力环境的影响，在交会对接中，由于两个航天器的重量差异较大，一旦速度控制偏离，两个航天器就会发生碰撞，导致对接失败。为此，开发商量身定制了全新的对接机制。”彭静说。

此外，由于无法使用千里之外的导航卫星，嫦娥五号只能自力更生，在月球轨道测控精度、月球轨道传感器交互、轻小型航天器对接等技术上取得突破。

等待月地入射窗口，轨道飞行器和返回者分离，返回者重新回到地球的怀抱

嫦娥五号回家要经过几关？

当返回者“吞下”样品并合上盖子时，轨道返回组件可以从立管上分离，踏上回家的路。首先是在月球周围等待。嫦娥五号轨道返回组件与对接舱分离，进入月地入射点。在月对月等待段的飞行中，轨道保持一次，等待月对地事件窗口的到来，并尽一切努力为返回地面做准备。

接下来是逐月转移阶段。嫦娥五号轨道飞行器带着返回舱从月球呼啸着飞向地球时，在预定时间加速进入月地转移轨道，经过多次中途修正后，在5000公里左右的高度接近地球时释放了返回舱。

最后一步是再入和回收。嫦娥五号返回舱与轨道飞行器分离后，轨道飞行器进行规避机动，返回舱经历惯性滑行、重返地球大气层和回收着陆三个阶段。返回者首先以每秒约11公里的第二宇宙速度冲向地球。进入地球大气层后，它通过半弹道跳跃再入再次跳出大气层，然后以第一宇宙速度着陆。在距离地面10公里的高度，返航者将打开降落伞，降落在内蒙古四子王旗的预定降落区。地面搜救队预计将在两天内完成搜救任务。

为什么进入地球大气层后要跳出去，然后再跳回大气层？不能一步到位吗？

返回者冲向地球的第二宇宙速度是它能脱离地球引力场的最小速度，但也比神舟载人飞船从近地轨道返回地面的返回舱快得多。为了解决速度问题，科学家和技术人员设计了一种半弹道跳回法，相当于在Tai 空处“浪费水”。返回者进入地球大气层，减速后再次跳出大气层，再次进入大气层。重返地球大气层的速度将从每秒十多公里降低到每秒七公里以上，从而安全着陆。

从嫦娥一号拍摄的整月图像，到嫦娥二号在月球上成功获取洪湾局部1米分辨率图像，再到嫦娥三号成功实现登月梦想，嫦娥四号首次软着陆月球背面揭开月球背面之谜。这一次，作为中国无人探月的最后一战，嫦娥五号不仅要上月球，还要返回地球。

从11月24日嫦娥五号发射到地面回收完成的整个过程预计持续23天左右。冬至前后的深夜，它会满载而归，降落在内蒙古四子王旗的着陆点。