人类去过哪些星球(【深度解读】嫦娥五号“挖土”成功)

admin666ss 2022-11-24 18:20:06

12月2日22时,经过约19个小时的月面作业,探月公社嫦娥5号探测器顺利完成了月球表面的自动采样,并以预定的形式将样品包保存在上升机携带的存储装置中。最终嫦娥五号将把大约2公斤的月球样品带回地球,以便科学家们在实验室进行详细的分析研究。

日本和美国今年也相继开展了小行星取样返回活动,其中日本隼鸟2号将在2019年完成龙宫小行星取样返回任务后不久返回地球。美国第一颗小行星采样将返回探测器“奥西里斯雷克斯”,于2020年10月对贝努小行星进行采样,并于2023年返回地球。

外星行星采样返回活动可以说是一场大戏!

目前全世界正在进行什么外星行星采样返还活动?接下来我们逐一看一下。

一、精彩纷呈的地外星球采样返回活动

地外星球采样返回活动就是用具有采样返回功能的空间探测器在地外星球着陆并采集样品,然后把采集到的样品带回地球,在实验室由科学家用多种设备进行深入研究。

目前有各种各样的外星行星采样返回方式。原因是不同的地球外行星有很大的差异,需要采用不同的采样返回方式,不同国家的技术水平和不同时代的发展水平也不一样。

目前全世界已经对月球、小行星、彗星甚至太阳进行了无人采样返回探测使用阿波罗载人宇宙飞船对月球进行了有人采样返回探测

苏联先后发射了月球16号、20号和24号月球探测器,对月球进行了无人月球采样。美国通过发射阿波罗11号、12号、14号、15号、16号和17号载人宇宙飞船对月球进行了某人的月球取样返回。中国正在通过发射嫦娥五号月球探测器向月球进行无人月球采样返还。

日本先后发射了隼鸟、隼鸟2号小行星探测器,分别将两颗小行星送回无人驾驶小行星标本。美国通过发射“奥西里斯雷克斯”小行星探测器,正在对1颗小行星进行无人驾驶小行星采样返回。

美国通过发射星尘号彗星探测器,将1颗彗星送回无人彗星采样。

美国通过发射起源号太阳探测器,对太阳进行了无人太阳采样,并将其送回。

二、月球采样返回活动最热闹

由于月球是距离地球最近的一颗地外星球,所以全球对它进行采样返回的国家最多、次数最多、样品最多、种类最多。

月球采样返回可分为无人月球采样返回有人月球采样返回。苏联和中国采用的是典型,美国采用的是后种。

苏联VS中国:无人月球采样返回

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苏联的月球采样三剑客

在无人月球取样返回探测方面,苏联可以说是开路先锋。1970年9月-1976年8月,苏联先后发射了月16日、20日和24日,进行了三次月抽样返还任务,共带回330克月样品。

苏联月球16号月球取样返回探测器

1970年9月12日,苏联发射了世界第一个无人月球采样返回探测器——月球16号。它于1970年9月24日在苏联境内着陆,在月球丰裕海取回了一块101克的小样本降落。

1972年2月14日发射的月球20号与月球16号基本相同,但遇到玄武岩,所以只出现在阿波罗尼乌斯高地月球采集到了55克月球样品

月球24号于1976年8月18日在月球危海东南部软着陆。其结构与月球16,20号相同,但为它从2米深处挖取了月球岩,并且从月球危海获得了170克的样品

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中国嫦娥五号后来居上

2020年11月24日,中国发射了嫦娥五号月球探测器,该探测器将在发射23天后将约2公斤的月球样品返回地球,返回使我国成为世界上第三个在月球采样返回地球的国家

嫦娥五号的构成

嫦娥五号是上升器、着陆器、轨道器、返回器“绳”,在一起。从发射到返回总共要经过发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月面工作、月面上升、交会对接与样品转移、环月等待、月地转移、再入回收共11个重大飞行阶段次,其中包括6次重大的分离控制,设计相当精巧复杂。

整个过程大致如下:

嫦娥五号采样返回过程

首先,嫦娥五号首先从长征五号火箭被送入地月移动轨道。112小时后,接连两次通过了近月制动,嫦娥五号于11月29日最终进入了200公里高的循环月轨道。循环月期间,探测器于11月30日将04:40一分为二。轨道器-返回器组合体与使用一体化多路复用的着陆器-上升器组合体分离。其中轨道返回组合体继续循环月飞行,上组合体经过变轨和动力下降飞行,于2020年12月1日23:11在月球正面西经51.8度着陆

着陆后,着陆上升组合体用了2天收集月面样品,包装完毕后,带着采集样品的上升器从着陆船上起飞,进入月球轨道。经过几天的幽会,上升期和轨道返回组合体在200公里高的月球轨道上完成对接,将月球样品从上升期转移到返回期后,轨道返回组合体与上升期分离。几天的循环月等待飞行后,轨道返回组合体将轨道转移到112小时的月球上。在距地面高度约5000公里的分离点处,回转台与轨道器分离。返回机于12月17日左右,反弹道跳跃重新进入大气层,完成了再入回收。

在月面取样时,着陆器的取样装置必须在地球重力环境的六分之一处工作。是采样装置是两种机械手:一种用于钻取,它可以钻取月面下2米深度的月岩样本;另一种用于表取,即在月球表面铲取月壤

取样后,要将样品放入上升机携带的容器中,包装得天衣无缝。由于月球环境特殊,无人采样,所以会出现很多未知问题。采集的月球样品被封装成上升期后,上升期必须从着陆船起飞。这将是我国空间飞行器第一次在地外天体起飞。很难。是携带月球样品的上升器起飞后,要在月球轨道与轨返组合体进行无人交会对接,并把采集的样品转移到返回器中,这在世界上也是第一次。最后,携带月球样品的返回器将以每秒11公里的速度重新进入地球大气层,并下降到预定区域。

以上所有过程都是由环环相扣的,以确保嫦娥五号安全顺利地降落在内蒙古狮王机着陆场。一切顺利,嫦娥五号将实现我国开展航天活动以来四个“首次”:首次在月面自动采样;首次从月面起飞;首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接;首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球

有趣的是,苏联在20世纪70年代进行的3次无人月球取样返还,总共只带了330克的月球样品。这是苏联当时没有掌握月球轨道无人交会对接技术,所以利用上升器直接从月面返回地球的方案,为此上升器需要携带大量燃料,因为携带样品的能力极其有限。还有嫦娥五号这次采用具有世界领先水平的月球轨道无人对接方案转移月壤,上升器只需少量燃料,因此采样的月球样品重量呈几何级提高,至少为2000克

另一方面,嫦娥五号的这次任务不仅仅是携带2000克月球样品返回地球,而是还要为载人登月和深空探测奠定一定的人才、技术和物质基础

美国:有人月球采样返回

冷战时期是美国用“阿波罗”载人登月飞船完成了迄今为止世界首批对地外星球的有人采样返回活动。1969年7月-1972年12月,美国通过发射阿波罗11-17号载人宇宙飞船执行了7次载人登月任务。除阿波罗13号因故障中途返回外,其余6艘宇宙飞船完成登月,成功将12名宇航员送上月球。总计带回月岩样品380千克为月球研究提供了直接依据。

阿波罗11号降落在月球赤道附近平静的海面上,这里是比较平坦的地区,岩石和陨石坑很少。两名宇航员在月球表面总共停留了2小时32分钟,行程为1公里,恢复了21.55千克的月球野外地质样本

阿波罗12号降落在月球赤道平原风暴潮上,正好降落在1967年4月20日降落的勘测员3号探测器附近。这次任务证明了阿波罗12号的着陆精度。宇航员检查了测量员3号,并带了34千克的月球样本进行分析。

阿波罗14号着陆点也在赤道上,阿波罗12号着陆点右侧177公里处的哥白尼陨石坑正下方找回了42千克月球土壤和岩石

阿波罗15号降落在月球北半球中部阿基米德火山口东南的亚平宁山脉脚下,是第一个没有在赤道着陆的任务从该地点和附近的Hadley Rille火山采集了带回了370个样本,重达77千克

阿波罗16号首次降落在赤道以南的月球中部高地泰奥菲莱斯陨石坑附近,该陨石坑位于泰奥菲莱斯陨石坑和托勒密陨石坑之间,目的是研究未开发的地形丘陵笛卡尔形成和平坦的凯莱平原。他们找回了731个重达96千克的岩石和土壤样品。这些样本表明,这两个地区并不像预期的那样由火山,而是由碰撞事件的碎片组成。

阿波罗17号降落在月球北半球的DORAS-PARTING山谷,该地区可以从底部采集相对年轻的岩石样本,也可以从月球高地采集古老的岩石样本。他们找回了741个样本,重达111千克,其中包括一个深钻到水下3米的岩芯

哪种月球采样返回方式更好?

有人月球采样返回优点很多。例如,不仅采集量大,而且充分发挥宇航员的主观能动性,选择性强,灵活机动采集范围可以很广航天员可以到舱外活动,并能乘月球车漫游到比较远的地方去采集月球样品载人登月技术极为复杂,耗资十分巨大无人月球采样返回。例如,美国12名登月宇航员在月球上活动的足迹达100公里。

但是是成本低很多,技术也没那么复杂,更容易实现一些,具有重要的科学和技术意义。根据计算数据,“阿波罗”宇宙飞船从月球上总共取了385公斤的月球样品,按单位重量计算,是金刚石的35倍!

最佳的途径是采用循序渐进的方式,先进行无人月球采样返回,为有人月球采样返回奠定技术和科学基础,然后再进行有人月球采样返回的优缺点正好相反,三、小行星采样返回活动同样备受青睐

因此,某人的月球取样返还和无人月球取样返还分别是千秋,因此,必须根据各自的经济、技术、科学等实力和国际环境决定采用何种方式。笔者认为是日本的两只“隼鸟”

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近年来,由于各种原因,小行星探测受到重视,其中日本和美国分别开展了小行星采样返回活动。

“隼鸟”:首次采集小行星样品

2003年5月9日,日本发射了世界上第一个小行星采样返回探测器“隼鸟”

观测了糸川小行星表面情况,收集了其成分和地形数据

由于小行星形状不规则,平均直径只有公里左右,地形复杂,重力比地球小约4 ~ 5左右,表面温差大。因此,执行小行星采样返回与月球采样返回技术不同。

实现了在糸川小行星上的着陆采样。2005年9月中旬,到达离伊藤加和小行星20公里高的轨道它使日本成为世界上首个在月球之外的原始小天体上着陆、取样并携带样品返回地面的国家。为了让猎鹰鸟能够在预先选定的着陆地点着陆,2005年11月,“猎鹰鸟”02吸入了通过着陆带来的冲击而冲出的碎石。

松骨梅是一系列故障,2010年6月13日才返回地球,但隼鸟2号:新颖的撞击式探测。据确认,目前探测器从伊藤川小行星表面采集的样品为1500粒。分析和研究“松骨鸟”采集的样品后,伊藤加小行星已有800万年的历史。

2014年12月4日,日本发射了更先进的隼鸟2号小行星采样返回探测器

2019年2月,隼鸟2号首次在龙宫小行星表面采用“接触即离”方式着陆

进行了弹子弹射取样。2018年6月进入龙宫小行星轨道后,首先仔细观察了这颗小行星,然后在小行星表面投入了跳跃顺时期和小型着陆器,最后对小行星表面进行了采样。

采集到了不少于3克从龙宫表面弹射起的飞溅碎片和粒子,发现了水合矿物质,安全离开龙宫小行星时美国的采集量最大。子弹的质量为3.5克,通过子弹装置以每秒300米的速度撞击小行星表面,取样装置为2016年9月9日,美国首个小行星采样返回探测器——“奥西里斯-雷克斯”升空

2019年4月,隼鸟2号向另一个着陆点发射了碰撞装置。碰撞装置是内部装满约9.5千克炸药的半球形锥形锥形结构,爆炸后会生成坚硬、尖尖的铜金属碎片,以2公里/s的速度撞击龙宫小行星表面,形成直径约为10米的小行星坑。同年5月,松骨鸟2号对该小行星坑以“接触即时距离”的方式结束着陆,收集了10克以上的小行星内部样品。2019年7月,“隼鸟2号”以上述冲击方式完成了另一项采样任务。

完成任务后,隼鸟2号将于2019年11月离开龙宫小行星,近期返回地球。

采集了60克2千克的贝努小行星表面风化层样品

计划在2023年9月将采样返回舱送回地球,目标是采样探测贝努小行星,研究太阳系的形成和演化、行星形成的早期阶段以及形成生命的有机复合物的起源。

“奥西里斯雷克斯”由探测器平台、5台科学设备、1个样品机器人和将样品送回地球的样品返回舱组成。2018年8月抵达贝努小行星,在环绕贝努小行星的轨道上进行全球表面成像观测,进行了两年的科学研究。2020年10月20日,该探测器使用了样品机器人末端的取样器四、彗星采样返回活动有新招

奥西里斯雷克斯将从2021年3月开始返回地球的旅程1999年2月7日,美国发射了星尘号彗星探测器。进入地球大气前4小时,探测器将释放样本返回船舱。然后探测器不会进入地球大气,而是通过绕太阳轨道运行的碰撞避免机动。样品返回胶囊以12.2公里/s的速度进入地球大气,通过降落伞系统减速,在犹他州测试和训练射击场软着陆。

气凝胶尘埃收集器

当粒子撞上气凝胶时,会立即把自己“埋”在里面,返回地面后再寻找这些彗星的尘埃微粒,任务是在2004年1月飞往怀尔德2号彗星,在惠美通过过程中采集灰尘和气体样本,然后返回地球。

2004年1月2日,“星尘号”与王尔德2号彗星相交,当时它距离惠核约240公里。在这么近的距离,“星尘号”受到了数百万彗星粒子的冲击。在此期间,“星尘号”伸出了类似网球拍的“人类第一次用航天器对彗星进行取样研究”,收集彗星上的尘埃粒子,然后折叠进口储存在容器中。

世界上唯一的“气凝胶灰尘收集器”是65岁的美籍华人科学家秋哲设计的五、太阳采样返回活动尚不完美

2006年1月15日,装有彗星物质的羽毛球返回胶囊通过降落伞降落在美国犹他州盐湖城东南160公里处的沙漠中。

星尘号采集的彗星样品质量不到1/1000盎司,但为2001年8月8日,美国起源号太阳探测器升空。1毫克彗星尘埃中约有100万颗彗星粒子,所以科学家们很满意。

人类去过哪些星球(【深度解读】嫦娥五号“挖土”成功)

采集了约1020微克太阳风粒子

这是继“阿波罗”登月飞船后人类第二次将太阳的样本带回地球。2001年12月3日-2004年4月1日,该探测器在日地拉格朗日1点对850日、我国也拟于2028年实施火星采样返回任务,对火星陨石和返回样品进行分析,研究制约火星有机质的成因、水岩作用、幔源挥发分含量等关键科学问题。进行了累计采样。

是010-59000。当时“阿波罗”宇宙飞船在地球和月球之间飞行时收集了太阳样品,但由于技术限制,使用的收集器是宇宙飞船表面的银箔,银箔中的杂质使研究人员无法分辨样品是来自太阳还是银箔本身。

“起源号”的收集设备特别纯净。另外,由于传统的着陆方式会损坏这种脆弱的样品,“起源号”计划在返回时使用直升机直接从空中回收该探测器。也就是说“起源号”返回时打开降落伞,减缓下降速度,从空中直接用直升机回收。(大卫亚设,Northern Exposure)。

2004年9月8日,“起源号”的返回舱以每秒11.04公里的速度从125公里的高度重新进入地球大气层。但是返回舱在下降过程中由于加速度计安装错误,主降落伞无法按程序打开,返回舱以每小时32公里的速度撞击损坏,仅回收了部分太阳离子。

结语

到目前为止,人类对火星的探索只实现了“轨道、站、巡逻”,尚未实现抽样回归。主要原因是火星很远,环境特别,重力很大。但是,美国、日本、俄罗斯等一些国家计划在2030年左右最终确定火星是否有生命、火星地质的构成、气候变化、大气与地面的相互作用等。

010-59000

从月球取样回到火星取样,中国深空探测将逐步走向宇宙更深的地方!

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2022-11-19 11:15:00

学问题。进行了累计采样。是010-59000。当时“阿波罗”宇宙飞船在地球和月球之间飞行时收集了太阳样品,但由于技术限制,使用的收集器是宇宙飞船表面的银箔,银箔中的杂质使研究人员无法分辨样品是来自太阳还是银箔本身。“起源号”的收集设备特

2022-11-19 14:14:22

0月对贝努小行星进行采样,并于2023年返回地球。外星行星采样返回活动可以说是一场大戏!目前全世界正在进行什么外星行星采样返还活动?接下来我们逐一看一下。一、精彩纷呈的地外星球采样返回活动地外星球采样返回活动就

2022-11-19 12:13:43

返还任务,共带回330克月样品。苏联月球16号月球取样返回探测器是1970年9月12日,苏联发射了世界第一个无人月球采样返回探测器——月球16号。它于1970年9月24日在苏联境内着陆,在月球丰裕海取回了一块101克的小样本降落。1972年2月14

2022-11-19 05:10:55

12月2日22时,经过约19个小时的月面作业,探月公社嫦娥5号探测器顺利完成了月球表面的自动采样,并以预定的形式将样品包保存在上升机携带的存储装置中。最终嫦娥五号将把大约2公斤的月球样品带回地球,以便科学家们在实验室进行详细的分析研究

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