嫦娥五號(hào)知識(shí)講解演講人：日期:CATALOGUE目錄01020304任務(wù)背景與概述任務(wù)執(zhí)行過(guò)程科學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)0506意義與未來(lái)展望主要成果與發(fā)現(xiàn)任務(wù)背景與概述01嫦娥五號(hào)基本定義中國(guó)首個(gè)無(wú)人月面取樣返回探測(cè)器嫦娥五號(hào)是中國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走的收官任務(wù)，標(biāo)志著中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)地外天體采樣返回，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)月球樣本研究的空白。技術(shù)突破的代表突破了月面自動(dòng)采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接、高速再入返回等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)載人登月奠定基礎(chǔ)。國(guó)家航天局主導(dǎo)研制由長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭發(fā)射，集軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分于一體，是迄今為止中國(guó)最復(fù)雜的深空探測(cè)任務(wù)。主要任務(wù)目標(biāo)月面采樣與返回在月球正面風(fēng)暴洋北部的呂姆克山脈附近著陸，通過(guò)鉆取和表取兩種方式采集約2公斤月壤樣本，并安全返回地球。驗(yàn)證深空探測(cè)能力測(cè)試月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接、月面起飛、高速再入大氣層等核心技術(shù)，提升中國(guó)深空探測(cè)體系的自主可控性?？茖W(xué)探測(cè)與分析開(kāi)展著陸區(qū)形貌、礦物成分及空間環(huán)境探測(cè)，建立月球現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室樣本的關(guān)聯(lián)性研究，深化月球演化認(rèn)知。任務(wù)歷史背景探月工程三步走戰(zhàn)略嫦娥五號(hào)是繼嫦娥一號(hào)（繞月）、嫦娥三號(hào)（落月）后，實(shí)現(xiàn)“回”的關(guān)鍵任務(wù)，歷時(shí)16年技術(shù)積累，最終完成工程閉環(huán)。國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)與機(jī)遇自1976年蘇聯(lián)“月球24號(hào)”后，全球時(shí)隔44年再次實(shí)現(xiàn)月球采樣返回，中國(guó)成為全球第三個(gè)掌握該技術(shù)的國(guó)家。任務(wù)時(shí)間線(xiàn)2020年11月24日發(fā)射，12月1日著陸月面，12月17日返回器攜帶樣本著陸內(nèi)蒙古四子王旗，全程23天，創(chuàng)造了中國(guó)航天新紀(jì)錄。探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)02軌道器結(jié)構(gòu)與功能軌道器配備多臺(tái)變推力發(fā)動(dòng)機(jī)和姿態(tài)調(diào)整推進(jìn)器，用于完成地月轉(zhuǎn)移、環(huán)月軌道調(diào)整及返回地球的軌道控制任務(wù)，確保探測(cè)器在復(fù)雜太空環(huán)境中的精準(zhǔn)機(jī)動(dòng)。推進(jìn)系統(tǒng)與姿態(tài)控制能源與熱控系統(tǒng)通信與數(shù)據(jù)中繼采用大面積太陽(yáng)能帆板供電，搭配鋰離子蓄電池組，保障長(zhǎng)期任務(wù)能源供給；多層隔熱材料與主動(dòng)熱控技術(shù)結(jié)合，維持設(shè)備在極端溫度下的穩(wěn)定運(yùn)行。搭載高增益定向天線(xiàn)和全向天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)地月間高速數(shù)據(jù)傳輸，并作為著陸器與地球的中繼站，確保采樣階段指令與科學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。著陸器關(guān)鍵組件緩沖著陸機(jī)構(gòu)采用四條腿式著陸支架，配備液壓緩沖器和蜂窩鋁吸能材料，可吸收著陸沖擊力，適應(yīng)月球表面復(fù)雜地形，確保探測(cè)器平穩(wěn)著陸。采樣機(jī)械臂與鉆具配置具有多自由度的高精度機(jī)械臂，末端集成旋轉(zhuǎn)沖擊鉆和鏟取裝置，可在月表不同區(qū)域完成2米深鉆取及表層土壤鏟取，實(shí)現(xiàn)多樣化采樣?？茖W(xué)載荷系統(tǒng)搭載全景相機(jī)、礦物光譜儀等設(shè)備，實(shí)時(shí)分析月壤成分并拍攝高清影像，為采樣點(diǎn)選擇及后續(xù)研究提供科學(xué)依據(jù)。返回器技術(shù)特性氣動(dòng)外形與防熱設(shè)計(jì)采用鈍頭錐體構(gòu)型，表面覆蓋燒蝕防熱材料（如蜂窩狀碳化硅），可耐受返回大氣層時(shí)超過(guò)3000℃的高溫，保護(hù)內(nèi)部樣本艙安全。制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)樣本密封與防護(hù)基于高精度慣性測(cè)量單元（IMU）和北斗導(dǎo)航數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)再入大氣層時(shí)的“半彈道跳躍式”飛行，精確控制落點(diǎn)至預(yù)定回收區(qū)域。內(nèi)置多層真空密封容器，充填惰性氣體防止月壤氧化，并通過(guò)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免返回過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)樣本造成破壞。123科學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)03采樣設(shè)備工作原理鉆取采樣機(jī)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)沖擊復(fù)合鉆探技術(shù)，通過(guò)金剛石鉆頭在月表鉆取2米深的月壤樣本，內(nèi)部螺旋輸送結(jié)構(gòu)將樣品逐層提升至密封容器，全程避免地球環(huán)境污染。表取機(jī)械臂系統(tǒng)配備高精度力反饋傳感器的機(jī)械臂可完成鏟挖、抓取等動(dòng)作，通過(guò)多關(guān)節(jié)協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)0.5毫米定位精度，采集月球表面不同粒徑的月壤與巖石樣本。真空封裝技術(shù)采樣后立即啟動(dòng)三級(jí)密封裝置，先由惰性氣體置換容器內(nèi)空氣，再采用熔焊工藝實(shí)現(xiàn)絕對(duì)密封，確保樣品在返回過(guò)程中保持原始月球真空環(huán)境狀態(tài)。核心科學(xué)載荷配置月球礦物光譜分析儀（LMS）搭載可見(jiàn)光-近紅外高光譜成像系統(tǒng)，波長(zhǎng)范圍覆蓋450-3000納米，空間分辨率達(dá)60米，可識(shí)別月表橄欖石、輝石等礦物的分布特征。中性粒子分析儀（NPA）通過(guò)測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)與月表相互作用產(chǎn)生的氫、氦等中性粒子通量，反演月球表面物質(zhì)成分及太陽(yáng)風(fēng)植入過(guò)程。月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)雷達(dá)（LRPR）采用雙頻段電磁波（60MHz/500MHz）穿透月壤，探測(cè)深度達(dá)30米，分辨率厘米級(jí)，用于研究月壤分層結(jié)構(gòu)與撞擊坑演化歷史。數(shù)據(jù)分析方法多源數(shù)據(jù)融合處理結(jié)合軌道器遙感數(shù)據(jù)、著陸器原位探測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室樣品分析結(jié)果，建立月球地質(zhì)年代學(xué)與物質(zhì)成分的交叉驗(yàn)證模型，誤差控制在±5%以?xún)?nèi)。機(jī)器學(xué)習(xí)分類(lèi)算法應(yīng)用隨機(jī)森林算法對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行礦物分類(lèi)，訓(xùn)練集包含阿波羅計(jì)劃樣本庫(kù)的10萬(wàn)組光譜特征，分類(lèi)準(zhǔn)確率達(dá)92.7%。同位素年代測(cè)定采用鈾-鉛（U-Pb）同位素稀釋法對(duì)月巖樣品進(jìn)行高精度測(cè)年，質(zhì)譜儀質(zhì)量分辨率達(dá)0.001amu，可確定月球火山活動(dòng)的精確時(shí)間序列。任務(wù)執(zhí)行過(guò)程04發(fā)射與軌道部署長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭發(fā)射環(huán)月軌道機(jī)動(dòng)多次軌道修正2020年11月24日，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功將嫦娥五號(hào)探測(cè)器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，火箭推力達(dá)千噸級(jí)，確保了探測(cè)器精準(zhǔn)入軌。11月24日至25日，嫦娥五號(hào)先后完成兩次軌道修正，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火調(diào)整飛行姿態(tài)，確保探測(cè)器沿預(yù)定軌道飛行，修正精度達(dá)厘米級(jí)。11月28日探測(cè)器進(jìn)入橢圓環(huán)月軌道，29日通過(guò)近月制動(dòng)變軌為近圓形環(huán)月軌道（高度約200公里），為后續(xù)著陸任務(wù)奠定基礎(chǔ)。月球著陸與采樣操作12月1日，著陸器與上升器組合體在月球正面風(fēng)暴洋呂姆克山脈附近著陸，采用激光測(cè)距、光學(xué)成像等多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)避障。精準(zhǔn)軟著陸鉆取與表取采樣上升器月面起飛12月2日，探測(cè)器通過(guò)鉆具鉆取2米深月壤樣本，并利用機(jī)械臂完成表取采樣，共采集約1.731千克月壤，封裝于真空容器中以保持樣本原始狀態(tài)。12月3日，上升器以月球第一宇宙速度（約1.68km/s）從月面垂直起飛，攜帶樣品進(jìn)入預(yù)定環(huán)月軌道，實(shí)現(xiàn)中國(guó)首次地外天體起飛。月球軌道交會(huì)對(duì)接12月13日，軌道器攜帶返回器實(shí)施月地轉(zhuǎn)移入射，突破第二宇宙速度（11.2km/s）返回地球，途中完成多次軌道調(diào)整以規(guī)避太空碎片。地月轉(zhuǎn)移軌道注入大氣層再入與回收12月17日，返回器以“半彈道跳躍式再入”技術(shù)穿越大氣層，通過(guò)兩次減速降低熱負(fù)荷，最終著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，全程溫控誤差小于5℃。12月6日，上升器與軌道器-返回器組合體在環(huán)月軌道完成“無(wú)人自主對(duì)接”，通過(guò)抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)樣品容器轉(zhuǎn)移，技術(shù)難度堪比“太空穿針”。返回地球歷程主要成果與發(fā)現(xiàn)05嫦娥五號(hào)帶回的1731克月壤樣本經(jīng)分析顯示，其礦物組成以輝石、斜長(zhǎng)石為主，并含有鈦鐵礦、橄欖石等成分，證實(shí)月球表面存在年輕玄武巖，年齡約為20億年，填補(bǔ)了月球地質(zhì)演化時(shí)間軸的空白。月球樣本分析結(jié)果月壤成分解析樣本中檢測(cè)到羥基化合物及微量水分子，為月球極區(qū)水冰資源的存在提供了直接證據(jù)，對(duì)未來(lái)月球基地建設(shè)和深空探測(cè)具有重要意義。揮發(fā)物與水資源線(xiàn)索氦-3含量測(cè)定表明月球表面氦-3儲(chǔ)量遠(yuǎn)超地球，可能成為未來(lái)核聚變能源的潛在來(lái)源；同位素分析還揭示了太陽(yáng)風(fēng)與月表物質(zhì)的相互作用機(jī)制。稀有氣體與同位素特征地質(zhì)新認(rèn)知突破年輕火山活動(dòng)證據(jù)月殼分層結(jié)構(gòu)推測(cè)撞擊坑年代標(biāo)定嫦娥五號(hào)著陸區(qū)（風(fēng)暴洋北部）的玄武巖樣本推翻了“月球30億年前已地質(zhì)死亡”的傳統(tǒng)認(rèn)知，證實(shí)月球在20億年前仍存在火山噴發(fā)，為研究月球熱演化史提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通過(guò)樣本中撞擊熔融玻璃的年齡測(cè)定，建立了更精確的月球撞擊年代學(xué)模型，有助于校準(zhǔn)太陽(yáng)系內(nèi)其他天體的撞擊歷史。樣本中鎂鐵質(zhì)礦物與克里普巖（KREEP）的混合特征，暗示月球早期巖漿洋分異過(guò)程可能比預(yù)想的更復(fù)雜，需重新評(píng)估月殼形成理論。技術(shù)里程碑成就突破月表鉆取（2米深度）及機(jī)械臂表取雙重采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度密封封裝，避免地球環(huán)境污染，采樣效率達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。無(wú)人自主采樣與封裝月軌無(wú)人交會(huì)對(duì)接地月高速再入返回上升器與軌道器在38萬(wàn)公里外完成世界首次全自動(dòng)高精度“抓取式”對(duì)接，對(duì)接精度達(dá)厘米級(jí)，為后續(xù)深空任務(wù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。返回器以第二宇宙速度（11.2km/s）再入大氣層，采用“半彈道跳躍式”減速技術(shù)，耐受3000℃高溫，確保樣本艙安全著陸，標(biāo)志著中國(guó)掌握地外天體高速再入核心能力。意義與未來(lái)展望06科學(xué)貢獻(xiàn)價(jià)值月球樣本研究突破嫦娥五號(hào)帶回的1.731千克月壤樣本，填補(bǔ)了中國(guó)月球采樣空白，為研究月球地質(zhì)演化、火山活動(dòng)及資源分布提供了直接證據(jù)，推動(dòng)國(guó)際月球科學(xué)研究進(jìn)程。太陽(yáng)系演化新認(rèn)知通過(guò)對(duì)月壤中礦物成分、同位素年齡的分析，可揭示月球形成早期與地球的關(guān)聯(lián)性，為太陽(yáng)系天體形成理論提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。深空探測(cè)技術(shù)驗(yàn)證任務(wù)中首次實(shí)現(xiàn)地外天體無(wú)人采樣返回，驗(yàn)證了深空測(cè)控、月面作業(yè)等核心技術(shù)，為后續(xù)小行星、火星采樣任務(wù)奠定基礎(chǔ)。航天技術(shù)影響運(yùn)載火箭能力提升長(zhǎng)征五號(hào)遙五火箭成功將8.2噸探測(cè)器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，標(biāo)志中國(guó)大推力運(yùn)載技術(shù)躋身世界前列，支撐未來(lái)載人登月及深空探測(cè)需求。自主導(dǎo)航與控制突破探測(cè)器完成月面軟著陸、自主避障、高精度交會(huì)對(duì)接等動(dòng)作，突破多體分離、月面起飛等關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)中國(guó)航天器智能化水平跨越式發(fā)展。深空通信體系完善任務(wù)中建立的地月間高速數(shù)據(jù)傳輸鏈路及測(cè)控網(wǎng)，為后續(xù)天問(wèn)系列火星任務(wù)等提供了可靠的通信保障和技術(shù)模板。后續(xù)任務(wù)規(guī)劃嫦娥