作為我國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略中的關(guān)鍵收官之戰(zhàn)，嫦娥五號(hào)探測(cè)器將有望創(chuàng)造我國(guó)航天史上的五個(gè)“首次”。

首次地外天體的采樣與封裝

作為此次任務(wù)的核心關(guān)鍵之一，月球表面自動(dòng)采樣封裝是嫦娥五號(hào)任務(wù)中最引人注目的一個(gè)環(huán)節(jié)。在這個(gè)階段，嫦娥“五姑娘”將在月面選定區(qū)域著陸，并使出渾身解數(shù)采集月壤，實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次月面自動(dòng)采樣。

為此，來(lái)自中國(guó)航天科技集團(tuán)五院的設(shè)計(jì)師們采用表鉆結(jié)合，多點(diǎn)采樣的方式，精心設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。當(dāng)著陸器、上升器組合體順利軟著陸在月球表面后，“嫦娥”為期2天的月面工作就開(kāi)始了，她隨身攜帶的鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”將精密配合，采取深鉆、淺鉆、“鏟土”、“挖土”、“夾土”等各種方式，采集約2千克月壤并進(jìn)行密封封裝。然后通過(guò)月面起飛、在月球軌道完成交會(huì)對(duì)接、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等過(guò)程，最終將月球樣品安全送至地球家園。

首次地外天體的起飛

當(dāng)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(shuō)萬(wàn)事開(kāi)頭難，想回娘家可不容易，第一步能否“邁好”至關(guān)重要，這就是涉及到突破我國(guó)航天史上另一個(gè)首次——

月面起飛上升。

順利完成月壤采樣封裝后，上升器就要準(zhǔn)備月面點(diǎn)火起飛了，這是一個(gè)高難度科目。眾所周知，運(yùn)載火箭在地球起飛是有一套完備的發(fā)射塔架系統(tǒng)的，點(diǎn)火起飛位置也經(jīng)過(guò)了精確測(cè)算，飛行軌道也是一遍遍計(jì)算好的。而月面起飛就不一樣了，它沒(méi)有一馬平川的起飛地，更沒(méi)有成熟完備的發(fā)射塔架，著陸器就相當(dāng)于上升器的發(fā)射塔架，托舉著“五姑娘”回家。而月球表面環(huán)境復(fù)雜，著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài)，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。這就給起飛帶來(lái)了很大的難度。此外，還要克服地月環(huán)境差異、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流導(dǎo)流空間受限等難題。

月面起飛的時(shí)候，還無(wú)法像運(yùn)載火箭一樣在地面發(fā)射前由地面人員完成測(cè)調(diào)和確認(rèn)，必須依靠航天器“自力更生”，實(shí)現(xiàn)起飛時(shí)自主定位、定姿。為了確保上升器能夠順利起飛上升，航天科技集團(tuán)五院嫦娥研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，并建立了一整套環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)保證任務(wù)，為嫦娥五號(hào)勝利邁出回家一步保駕護(hù)航。

首次月球軌道交會(huì)對(duì)接

當(dāng)著陸器托舉上升器實(shí)現(xiàn)月面起飛上升后，嫦娥“五姑娘”一路飛奔而去。但是僅僅依靠上升器是不可能實(shí)現(xiàn)返回地球的，它需要飛到月球軌道上，在這里與軌道器、返回器組合體交會(huì)對(duì)接，把采集到的月壤轉(zhuǎn)移到返回器。

經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐探索，我國(guó)在載人航天領(lǐng)域已經(jīng)熟練掌握了近地軌道交會(huì)對(duì)接技術(shù)，但是在38萬(wàn)公里外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接不僅在我國(guó)尚屬首次，而且也是人類航天史上的第一次。

人類此前三次無(wú)人月球采樣任務(wù)，采用的都是月面起飛直接返回地球的方案；而嫦娥五號(hào)將實(shí)現(xiàn)突破。為此，從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開(kāi)始，一直到軌返組合體與上升器完成對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移為止，設(shè)計(jì)師們?yōu)殒隙鹞骞媚锞脑O(shè)計(jì)了交會(huì)、對(duì)接、組合體運(yùn)行、軌返組合體與對(duì)接艙分離等一系列關(guān)鍵動(dòng)作，助推嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)完美工作。

首次攜帶樣品高速再入地球

當(dāng)返回器帶著月壤，從38萬(wàn)公里遠(yuǎn)的月球風(fēng)馳電掣般向地球飛來(lái)，這時(shí)它的飛行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為每秒8公里的第一宇宙速度?？蓜e小看了這每秒3公里的差距，因?yàn)椋秃孟袢邮^，同樣一塊石頭，從一層樓扔下來(lái)的速度和從十幾層樓仍下來(lái)速度肯定不一樣。

同理，航天器從數(shù)百公里高的近地軌道返回和從38萬(wàn)公里遠(yuǎn)的月球返回必然不同，且差距巨大。一旦速度過(guò)猛，返回器一頭撞向地球，后果不堪設(shè)想，必須讓返回器減速飛行。為此，科研人員創(chuàng)新提出了半彈道跳躍式再入返回技術(shù)方案，就像在太空打水漂一樣，整個(gè)再入返回過(guò)程就是讓返回器先是高速進(jìn)入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后以第一宇宙速度扎入大氣層，返回地面。整個(gè)過(guò)程環(huán)環(huán)相扣，確保嫦娥五號(hào)能安全順利地降落在四子王旗著陸場(chǎng)。

首次樣品的存儲(chǔ)、分析和研究

此次嫦娥五號(hào)任務(wù)計(jì)劃開(kāi)展月球樣品的分析與研究，對(duì)月球樣品進(jìn)行系統(tǒng)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，深化月球成因和演化歷史的研究，極具科學(xué)意義。