长五嫦五磅礴出征，探月往返路径图

　　今天的月亮为何格外炫丽？因为长五嫦五磅礴出征，撩拨月神的绯红。
　　今夏看天问一号，今冬看嫦娥五号。嫦五首开落月往返之旅，开启中国探月采样新篇章，为未来创造更宏大叙事先行探路。
　　发射速览
　　发射时间：北京时间2020年11月24日4：30：21
　　发射地点：海南文昌航天发射场一号发射位（LC101）
　　运载火箭：长征五号（火箭序号遥五Y5，第5次发射）
　　发射任务：嫦娥五号探测器
　　探月使命：中国首次执行月球土壤样品采集返回任务
　　探测器质量：8。2吨
　　探测器构成：轨道器、上升器、着陆器、返回器
　　着陆采样点：月球正面风暴洋的蒙斯吕姆克地区
　　预计采样量：月表及地下钻孔采集样本至少2千克
　　任务价值：
　　开启中国探月采样新篇章，为未来火星采样返回任务、载人登月任务先行探路。
　　嫦娥五号是中国探月工程中最关键的探测器，肩负的重任也是最复杂的探月任务。如果顺利完成整个任务，实现中国航天史上的四个首次：首次在月球表面自动采样，首次从月面起飞，首次在月球轨道进行无人交会对接，首次携带月壤以接近第二宇宙速度返回地球，由此创下中国太空探索一连串壮举。
　　嫦娥五号任务是继1976年苏联月球24号任务之后，相隔44年再度月球采样返回任务，有望成为继美苏之后全世界第三个探月采样返回的航天大国。
　　发射过程
　　北京时间2020年11月24日凌晨4：30，位于中国最南端发射场的文昌一号发射位，箭高57米、重达870多吨的第五枚长征五号，凭借10台发动机释放240万磅推力腾空而起，火龙飞升，一飞冲天。飞行路径从海南东岸一路飞向东南上空，穿越南海、菲律宾群岛、关岛以南、太平洋上空
　　跟内陆三个发射场不同，临海建立的文昌拥有很多发射优势，不仅遵循海域飞行轨道，而且助推器、一级主火箭、整流罩的残骸落点，不再是提心吊胆的内陆地区，而是安全无害的茫茫大海。
　　大约起飞3分钟后，四枚助推器完成9600千牛推力使命后，与主火箭分离抛弃，落区位于南海；大约升空5分钟，火箭最前端的整流罩分离操作，随后抛弃坠海，落区位于菲律宾东面海域。大约起飞8分钟后，一级主火箭完成1000多千牛推力后，同样分离抛弃，落区位于太平洋密克罗尼西亚群岛附近海域。上面级两台发动机（YF75D型氢氧发动机）经过两次点火助推，继续飞向太空。
　　大约升空36分钟后，火箭上面级与探测器分离，大约升空75分钟后，进入地月转移轨道，嫦娥五号探测器开启为期23天左右的探月之旅，由此开启中国探月采样新篇章。
　　最重的重箭
　　长征五号，作为中国现役运力最强火箭，被赋予太多重托。可谓是中国箭队中体重最重、运力最大、任务最重要的火箭重器。纵览全球运载火箭，也是跻身前三强。长征五号浓缩版简历
　　全名：长征五号运载火箭
　　英文名：LongMarch5或Changzheng5（简称LM5、CZ5）
　　昵称：胖五。因主火箭直径5米，比照4枚捆绑助推器（包括其他长征火箭在内）直径都只有3。35米，长征五号显得身材粗壮，故此得名。
　　箭高：57米（56。97米）
　　直径：5米（主火箭）
　　研制周期：30年（1986年最初设计论证，一直到2016年首飞）
　　制造基地：天津滨海新区
　　发射主场：海南文昌卫星发射场一号发射位（位于低纬度地带，借助地球自转速度可获得更大运力）
　　起飞质量：～878吨
　　发射推力：～1078吨
　　推进模式：两级捆绑式重型火箭（第一级2台主火箭发动机8台助推器发动机、第二级2台发动机）。2台主火箭发动机：YF77液氢液氧发动机（因此也称胖五为超低温冰箭），这是中国自主研制的第一款高推力低温燃料发动机，相对于中国以前的低温氧氢发动机，比长三甲、长三乙使用的YF75发动机，在技术上跨越一大步。海平面版推力510千牛，真空版推力700千牛，燃烧时间520秒，无毒无污染。8台助推器发动机：YF100型液氧煤油发动机（类似苏俄RD120），目前中国推力最大的火箭发动机，绿色环保型，产生推力1199千牛，燃烧时间155秒。2台上面级发动机：YF75D型氢氧发动机，第二次发射失败后重点改进涡轮泵。可产生推力88。26千牛，燃烧时间780秒。
　　火箭运力：近地轨道运力25吨，地球同步转移轨道运力14吨，地月转移轨道运力8吨多，火星转移轨道5吨，这种运力是以前长征系列火箭运力2～3倍多，比金牌火箭长征三号乙高出两倍多。当之无愧成为中国现役运力最大的运载火箭。纵览全球运载火箭，也是跻身前三强。仅次于美国SpaceX重型猎鹰（FalconHeavy）、美国ULA德尔塔4重型火箭（Delta4Heavy）。
　　嫦娥五号探测器总重8。2吨，必须动用中国最强火箭才行。长征五号地月转移轨道运力8吨多，发射嫦娥五号，可以说用到地月转移轨道运力的上限。
　　发射费用：约9000万美元
　　发射成绩：5次发射，4成1败
　　第一飞（火箭序号遥一）2016年11月3日胖五首飞时，尽管低于预期飞行高度，但通过延长上面级远征2号发动机燃烧时间，最终将有效载荷送入既定轨道，被视为发射成功。
　　第二飞（火箭序号遥二）2017年7月2日胖五第二次发射，升空约6分钟后（第346秒），主火箭YF77发动机涡轮泵突发故障，导致发射失败。
　　第三飞（火箭序号遥三）2019年12月27日胖五第三次发射，间隔两年多，火箭工程师重点对问题引擎（重新设计YF77发动机涡轮泵排气结构）进行反复测试，以验证可靠性。终于功夫不负有心人，一箭成全复飞梦。
　　第四飞（火箭序号遥四）2020年7月23日正午12：41发射升空，既是长征五号作为中国现役最强火箭总计第4次发射，也是开启重箭重大部署模式的首次发射任务，接下来更加自信部署嫦娥五号、嫦娥六号，以及动用长五B发射中国空间站各模块。
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　　第五飞（火箭序号遥五）2020年11月24日凌晨4：30发射升空，既是长征五号作为中国现役最强火箭第5次发射，更是开启中国探月采样新篇章，为2030年代火星采样返回任务、载人登月任务先行探路。
　　嫦娥奔月超简史
　　中国以嫦娥来命名自己的探月任务，如同其他国家采用本国文化中的月亮女神一样，比如美国的阿耳忒弥斯任务Artemis、苏联的露娜任务Luna、日本的辉夜姬号（Kaguya），派送自己的月亮女神前去探月，这是最恰当不过了。
　　嫦娥探月工程，简单来说分为三步走：绕、落、回。
　　绕嫦娥一号、二号先行探路；落嫦娥三号、四号使命必达；回嫦娥五号、六号重任在肩。双号属于单号的备份任务，但不是简单重复。
　　2007年10月24日，嫦娥一号进入月球极地轨道，拍下当时分辨率最高的月面图像，还探测到传说中的氦3元素。成功开启中国探月时代的嫦娥一号，不乏浪漫趣味，进入月球轨道后，循环播放30首对月歌曲，包括国歌、民歌这项开创性任务当时耗资14亿人民币，换成美元就是1。8亿美元，按照国际标准衡量，这算是低成本探月任务。
　　等到嫦娥一号坠入月表一年后，2010年国庆日嫦娥二号飞向月球，以更高分辨率绘制月表地图，同时为嫦娥三号寻找适合的着陆点。探月使命完成后继续发力，飞向地日引力平衡点之一的第二拉格朗日点，甚至近距离飞越4179小行星（图塔蒂斯），成为迄今飞行最远的中国探测器（最远3。2亿公里），预计2029年才能飞回距离我们地球的最近点。
　　2013年12月，嫦娥三号成功登月，玉兔号踏上月表，由此开启了中国月球车时代，同时也是自1973年苏联月球车2号之后人类再次派遣月球车踏上月表。
　　2019年1月初，嫦娥四号携带玉兔二号成功挑战创举，成为世界首个软着陆月球背面的探测器，首个在月球高纬度极地软着陆的探测器，人类史上第21个成功登月的探测器，中国第二辆成功登月的月球车，至今仍然妥妥地移动探测。
　　迄今玉兔二号已在月球背面工作677个地球日，累计行驶565。9米，还是目前唯一现役的月球车。此外，为了解决月球背面与地球无法直接通讯的问题，早在2018年先期部署了鹊桥号中继星，未来几年如果有别的国家探索月球背面，也能得到中国中继星的通信服务。
　　绕、落干得如此漂亮，接下来就该轮到更关键的回。
　　嫦娥五号、六号重任在肩。这不仅需要依靠前两段探月工程的实战经验，为了保险起见还得先派遣个马前卒，先行趟路，做到能去能回、全程跑一遍。
　　6年前的10月24日，嫦娥五号先导星（正式名嫦娥五号T1飞行试验器、昵称小飞）发射升空，担当开路先锋，这让中国成为继苏联无人探测器5号、美国阿波罗8号之后，第三个成功演绎从月球轨道重返地球的航天大国。
　　足足预备了六年之后，今天终于轮到主角登场，嫦娥五号一飞冲天之日，就是开创中国探月新时代之时。
　　嫦娥五号X档案
　　探月使命：中国首次执行月球土壤样本采集返回任务
　　着陆采样点：风暴洋蒙斯吕姆克地区
　　采样质量：月表及地下钻孔采集样品至少2千克
　　（远比苏联三次机器人采样质量多：1970年月球16号任务101克、1972年月球20号任务55克、1976年月球24号任务170克；相比而言，美国阿波罗6次载人登月总计带回382千克样品）
　　任务期：～23天（11月24日发射，预计12月17日返回器着陆）
　　任务过程：共分12个步骤运载发射、地月转移、近月减速、环月飞行、月面着陆、月面采样、月面上升、交会对接、环月飞行、月地转移、轨道分离、再入回收
　　任务价值：首次在月球表面上自动采样；首次从月面起飞；首次在月球轨道上实现无人对接；首次背着月球样品飞回地球，这都将是中国太空探索的首次突破。还为未来火星采样返回任务、2030年代载人登月任务先行探路、积累实战经验
　　探测器构成：由轨道器、上升器、着陆器、返回器组成。总质量8。2吨。
　　轨道器：也称轨道舱，整体提供进入月球轨道、返回地球轨道的推进系统，与登月舱上升级全自动对接，最终释放返回舱重返地球。主要配备太阳能阵列、上行指令通信系统、下行遥测系统、推进系统、姿态控制系统、交会对接系统等。
　　上升器：可以看作登月舱上升级，携带样本容器飞离下降级，与轨道舱对接。
　　着陆器：可以看作登月舱下降级，干质量1吨多，满载推进剂总质量3。8吨，用于安全着陆，具备高度自主导航与避障功能，自主寻找适合着陆点。
　　着陆器装配推进系统（主推进器类似于嫦娥三号着陆器配置，可产生1。5～7。5千牛推力；姿态控制系统由多达28个推进器组成，为轨道飞行、着陆阶段提供10～150牛推力）。
　　着陆器携带多款科学仪器（着陆相机、光学相机、月球矿物光谱分析仪、月壤气体分析仪、月壤结构探测仪、采样剖面测温仪、月岩钻探机、机械取样器）。
　　返回器，又称返回舱，内装月球样品容器。与轨道舱分离后，跳跃式再入大气层，最终伞式着陆。可以看作缩小版的神舟飞船，只是不载人，只装载样本容器。
　　看得出来，除了没有配备载人舱以及规模较小以外，整体路径、交会对接、返回模式都与阿波罗载人登月任务类似。
　　这意味着：一旦将器升级为舱，再配备深空载人航天系统登月装备，就可以实现载人登月。因此可以说，嫦娥五号一大使命也是在为未来中国载人登月先行铺路，积累宝贵的实战经验。
　　任务全过程：
　　重器发射：唯有长五配得上嫦五
　　嫦娥五号总重8。2吨，必须动用中国最强火箭、全球第三强胖五才行。长征五号近地轨道运力25吨、地球同步转移轨道运力14吨、地月转移轨道运力8吨多。因此发射嫦娥五号，可以说已经用到地月转移轨道运力的上限。
　　探月往返之旅：～23天（11月24日发射，12月17日返回）
　　从发射升空到进入月球轨道，嫦娥五号奔月之旅需要4。5天左右。在插入地月转移轨道之前，由长征五号上面级提供推力，之后主要由轨道舱推进系统提供。
　　着陆闯关：
　　嫦娥五号着陆日选在满月当天，也就是北京时间11月30日，这正是月球正面一个月昼的开始，也是着陆采样点日出之际（一个月昼为期14个地球日），嫦娥五号探测器可以有效利用持续稳定的太阳光照，为仪器设备供电保温，同时方便钻孔探测，采集样品，以及各种拍照探测等。确定嫦娥五号着陆日，再倒推4。5天奔月飞行时间以及2。5天环月飞行时间，最终确定11月24日凌晨发射嫦娥五号。
　　当嫦娥五号进入月球轨道后，由轨道器推进系统、姿态控制系统负责减速、调整进入一个200公里高度的环月圆形轨道。之后，轨道器与搭载上升器的着陆器分离。
　　着陆器利用推进系统、姿态控制系统，逐渐下降至15公里高度，寻找并锁定目标着陆点。当处在垂直位置区之时，启动主发动机反推减速，在700秒下降过程中，高度从15公里降至2公里。
　　再降至距月表100米高度，进入悬停模式，开启地形成像、自主导航、避障功能，智能锁定最佳着陆点。然后从100米再降至4米处，关闭发动机，让着陆器自由落体，否则反推力会导致着陆器倾倒，甚至倒扣过来。
　　一切顺利的话，着陆器将安全降落在风暴洋西北部的蒙斯吕姆克地区（北纬41～45度，西经49～69度）的目标着陆点。
　　之所以选中此地采样，因为这里存在多次火山爆发的明显证据，甚至包括一些迄今为止已知最年轻的月海玄武岩（地质年龄约12。1亿年）。相比之下，阿波罗号宇航员带回的月球样品年龄在31亿～44亿之间。这对全面了解月球地质演变，拼出完整地质演化图，极具一手科研价值。
　　月球采样：
　　嫦娥五号设计有两种采样方式，一是在月表打钻，为了收集较深层的月壤，预计钻孔地下2米采样；其二动用机械臂在月球表面取样，在有限范围内收集月壤。两种样品比例约为1：3，月表采样更多。
　　上升对接：
　　接下来就是非常关键的轨道交会对接。携带月壤样品的上升器启动推进器点火，从着陆器上方起飞、逐渐爬升，进入15180公里的椭圆形轨道。因轨道器携带更多推进剂，担纲主动追赶上升器的任务，与之交会、精准对接，再把月壤样品转移到返回器里。各个环节必须分毫不差，否则前功尽弃。这时候上升器完成使命，挥别轨道器，不带走一片云彩。
　　返回地球：
　　轨道器携带返回器点火推进，从环月轨道进入转移轨道，开始返回地球，返航之旅为期4。5天左右。当飞行到距离地球5000公里时，轨道器完成地月巴士的最终使命，与返回器分离，挥别。
　　接下来要看返回器的高能表演返回器采用打水漂的方式，跳跃式再入大气层，以尽可能减小再入速度。即便如此，再入速度接近第二宇宙速度，高达每秒11公里，即每小时将近4万公里，相当于32马赫，这将创下中国航天器再入速度之最，同时这也是最终决定嫦娥五号成败的最后一关。目前预计北京时间12月17日凌晨2：30～3：30，返回器伞式降落在内蒙古四子王旗着陆区。
　　顺利完成这一系列关键步骤，意味着嫦娥五号创下多项中国纪录：首次在月球表面上自动采样；首次从月面起飞；首次在月球轨道上实现无人对接；首次背着月球样本飞回地球，这都是中国太空探索的首次突破。
　　外部支持：
　　嫦娥五号任务在发射和返回阶段得到了欧空局两个地面站的有力支持。除了使用自家数据外，嫦娥五号任务团队还使用了国际同行的探测资源，比如NASA引力复原与内部实验室（GRAIL）探测的月球引力数据，有助于深入研究浅层和深层地下构造。还利用来自NASA月球勘测轨道器LRO携带的月球轨道器激光高度计（LOLA），以及日本辉夜姬号月球轨道器携带地形照相机的观测数据。
　　后续任务：
　　嫦娥五号的备份任务嫦娥六号，计划2024年发射，飞抵水资源、矿产资源丰富的月球南极，执行采样返回任务。
　　嫦娥七号、八号作为载人登月之前的全面探测与关键技术验证，还会两次奔月。目前计划嫦娥七号2023年发射，对南极进行全面探测。嫦娥八号计划2027年发射，主要测试在月球建立科研基地的关键技术，比如利用3D打印在南极建造机器人科研基地。
　　显而易见，这些任务都在为2030年代中国载人登月、建立长期月球基地铺好路，打前阵，而实现载人登月正是未来中国航天的重头戏。
　　举头望明月，嫦娥五六七。遥祝嫦娥奔月一路顺遂，早日见证登月宏大叙事。
　　此次发射刷新数据
　　中国首次探月采样返回任务
　　嫦娥探月工程第6次任务
　　长征五号火箭第5次发射
　　长征系列火箭第353次发射
　　中国火箭总计第382次发射
　　中国今年第35次发射
　　全球今年第96次航天发射：截至北京时间11月24日6时，美国37发（3发失败）、中国35发（4发失败）、俄罗斯12发、欧洲5发（1发失败）、日本3发、伊朗2发（1发失败）、印度1发、以色列1发。