国家科技重大专项之“嫦娥”探月工程

 

本文地址:http://sokoban.ws/blog/?p=5245

2020年国家重大科技成就层出不穷:

  • 北斗卫星导航系统完成部署;
  • 高分专项对地观测卫星全部完成部署;
  • 首次自主火星探测器“天问一号”发射;
  • 嫦娥五号月球取样返回;
  • “奋斗者号”载人潜水器成功坐底马里亚纳海沟;
  • “九章”量子计算机验证了量子优越性;
  • ……

很有很多重大成就没有列出来,以上只是列举了航天领域和其他几个我比较感兴趣的领域。这些接二连三的重要成果并非偶然。随着经济的发展,国家对科学技术的投入也越来越大。今年恰逢2006-2020国家中长期科技发展纲要中的国家科技重大专项的收官之年,同时也是十四五计划的收官之年,许多举足轻重,意义特别重大的科技项目都是在2020年完成。

国家科技重大专项

国家科技重大专项是国家为了保障对关乎国家安全和发展的关键重大科技项目的投入而设置的制度性的政策,以确保财政的持续有力的支持。这一政策在国务院《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中首先明确提出,并同时确立了16个国家科技重大专项,在文件中只公开了其中13项。这些重大专项包括:大型飞机,高分辨率对地观测系统载人航天与探月工程北斗卫星导航系统,等等。其中与航天相关的就有好几项。

在这份纲要中,还指出:

历史上,我国以“两弹一星”、载人航天(注:即921工程)、杂交水稻等为代表的若干重大项目的实施,对整体提升综合国力起到了至 关重要的作用。

由此可见国家科技重大专项的定位之高。

随着第一批科技重大专项的任务基本完成,国家在2016年十三五规划时就已经考虑到新一批重大专项的部署预研等问题。在中共中央、国务院于2016年印发的《国家创新驱动发展战略纲要》中,提出:

在关系国家安全和长远发展的重点领域,部署一批重大科技项目和工程。面向2020年,继续加快实施已部署的国家科技重大专项,……(注:指的是2006年的16个重大专项,略)面向2030年,坚持有所为有所不为,尽快启动航空发动机及燃气轮机重大项目,在量子通信、信息网络、智能制造和机器 人、深空深海探测、重点新材料和新能源、脑科学、健康医疗等领域,充分论证,把准方向,明确重点,再部署一批体现国家 战略意图的重大科技项目和工程。面向2020年的重大专项与面向2030年的重大科技项目和工程,形成梯次接续的系统布局,并根据国际科技发展的新进展和 我国经济社会发展的新需求,及时进行滚动调整和优化。

可见国家对科技重大专项的承上启下布局十分重视。在2016年国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》中,进一步明确了如何部署新的重大专项(科技创新2030–重大项目):

面向2030年,再选择一批体现国家战略意图的重大科技项目,力争有所突破。从更长远 的战略需求出发,坚持有所为、有所不为,力争在航空发动机及燃气轮机、深海空间站、量子通信与量子计算、脑科学与类脑研究、国家网络空间安全、深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统、种业自主创新、煤炭清洁高效利用、智能电网、天地一体化信息网络、大数 据、智能制造和机器人、重点新材料研发及应用、京津冀环境综合治理、健康保障等重点方 向率先突破。按照“成熟一项、启动一项”的原则,分批次有序启动实施。

其中,在航天领域,因之前的载人航天和探月工程等重大项目的成功完成,且航天技术在国家安全中起到的不可或缺的作用,其后继延续项目“深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统”理所当然得到顺利立项。“天问一号”火星探测器在今年发射深空就是探月工程顺理成章的延伸。

而载人深潜器项目也因非常成功,后面有望从国家第二层次的支持项目“国家重点研发计划”升级到第一层次的“国家科技重大专项”,即“深海空间站”项目。量子科学领域也将新立项国家科技重大专项“量子通信与量子计算”。

自2015年以来,国家的科技计划体系逐步完善整合成五大类:

  1. 级别最高的“国家科技重大专项”,对标“两弹一星”工程,支持力度强(每年数十亿到上百亿的经费),项目规划跨度一般为15年,具有重大战略意义,并且严格控制专项数量;
  2. 国家重点研发计划:整合了原863计划和973计划等一系列计划,属于第二梯队;
  3. 国家自然科学基金:第三梯队,对科研最全面广泛的支持;
  4. 技术创新引导专项(基金);
  5. 基地和人才专项。

要得到国家科技重大专项的立项,必须得到中央的拍板,都是经过多轮反复的预研论证的。

2016年8月前后,网上一度对我国究竟要不要建大型对撞机讨论的沸沸扬扬。德高望重的杨振宁先生发表文章鲜明地表达了反对立项的意见。这一项目的建造费用以千亿计算,费用之高,比很多已立项国家重大科技专项还多,且丝毫没有多少可预见的实质成果,完全不具有战略意义。国家文件中“有所为有所不为”的指导原则可以说完全断绝了这一项目获得国家重大支持的可能。

明年,十四五计划和新的一轮15年跨度的国家中长期科学和技术发展规划纲要将要发布,从中将可以了解“国家科技重大专项”的部署进展。

嫦娥五号月球采样返回

2020年11月24日4时30分,嫦娥五号由长征五号成功发射送入了预定轨道,入轨精度很高。整个嫦娥五号探测器总重约8吨。

发射当天22时06分,嫦娥五号探测器3000N发动机工作2秒,完成第一次轨道修正。

11月25日22时06分,嫦娥五号探测器两台150N发动机工作6秒,完成第二次轨道修正。

由于轨道精准,原计划的第三次轨道修正取消。

11月28日20时58分,嫦娥五号探测器经过约112小时奔月飞行,在距月面约400公里处成功实施3000牛发动机点火,约17分钟后,发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断,嫦娥五号探测器近月制动正常,顺利进入环月轨道。

11月29日20时23分,嫦娥五号探测器在近月点再次“刹车”,从椭圆环月轨道变为近圆形环月轨道。

11月30日凌晨4时40分,在科技人员精确控制下,嫦娥五号探测器着陆器和上升器组合体与轨道器和返回器组合体顺利分离。轨道器和返回器组合体将继续在平均高度约200公里的环月轨道上飞行并等待上升器交会对接。

12月1日22时57分,嫦娥五号着陆器和上升器组合体从距离月面约15公里处开始实施动力下降,7500牛变推力发动机开机,逐步将探测器相对月球速度从约1.7公里/秒降为零。12月1日23时11分,嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区。

12月2日22时,经过约19小时月面工作,探月工程嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样,并已按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中。

12月3日23时10分,嫦娥五号上升器3000N发动机工作约6分钟,成功将携带样品的上升器送入到预定环月轨道。这是我国首次实现地外天体起飞。

12月6日5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。这是我国首次实现月球轨道交会对接。(见下图)

12月6日12时35分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体与上升器成功分离,进入环月等待阶段,准备择机返回地球。(见下图)

12月12日9时54分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体经历了约6天的环月等待,实施了第一次月地转移入射,从近圆形轨道变为近月点高度约200公里的椭圆轨道。

12月13日9时51分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体实施第二次月地转移入射,在距月面约230公里处成功实施四台150牛发动机点火,约22分钟后,发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断,轨道器和返回器组合体成功进入月地转移轨道。

12月14日11时13分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体上两台25N发动机工作约28秒钟,顺利完成第一次月地转移轨道修正。

12月16日9时15分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体上两台25N发动机工作约8秒钟,顺利完成第二次月地转移轨道修正。

12月17日1时59分,探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。凌晨1时许,北京航天飞行控制中心通过地面测控站向嫦娥五号轨道器和返回器组合体注入高精度导航参数。此后,轨道器与返回器在距南大西洋海平面高约5000公里处正常解锁分离,轨道器按计划完成规避机动。凌晨1时33分,嫦娥五号返回器在距地面高度约120公里处,以接近第二宇宙速度(约为11.2千米/秒)高速进入地球大气层,实施初次气动减速。下降至预定高度后,返回器向上跃出大气层,到达最高点后开始滑行下降。之后,返回器再次进入大气层,实施二次气动减速。在降至距地面约10公里高度时,返回器打开降落伞完成最后减速并保持姿态稳定,随后在预定区域平稳着陆。负责搜索回收任务的测控与回收系统技术人员及时发现目标,有序开展回收工作。

全球地外取样排名(2020年版)

之前在多篇博文中对全球卫星导航系统、深空测控网等进行了排名。这里,我们也对地外取样进行简要排名。

目前,只有三个国家进行过月球采样返回,分别是美国的阿波罗计划多次载人登月进行的采样,前苏联的3次无人采样,和我国的嫦娥五号。我们这次采样1700多克月壤也远超过了前苏联的总量,同时也是1976年后时隔44年后人类再次从月球采样返回。

此外,人类还对小行星、彗星等进行过采样。

日本的隼鸟1号和隼鸟2号(Hayabusa)对小行星进行了采样返回。在嫦娥五号返回地面前的12月6日,隼鸟2号也刚刚从小行星“龙宫”采样返回,在澳大利亚着陆。日本由于自身条件限制,小行星采样的深空测控要借助美国NASA的深空网,着陆也要和澳大利亚合作。

美国的 Stardust (星尘号)彗星探测器1999年发射,2004年和彗星Wild 2交会,2006年带回星际尘埃。

美国2001年发射的 Genesis(起源号)空间探测器收集到少量太阳风粒子于2004年返回。

人类已经完成的地外采样任务就以上屈指可数的几次。其他一些尚未完成或计划中的地外采样不在此列举了。

综上所述,全球国家的地外采样排名为:1、美国,2、中国,3、日本。

不复存在的国家前苏联和没有能力进行地外采样的俄罗斯当然榜上无名。

 

此条目发表在 科技 分类目录。将固定链接加入收藏夹。