嫦娥五号探测器(中国探月工程第三阶段的月球探测器)

嫦娥五号探测器（以下简称“嫦娥五号”），是由小行星3789航天科技集团有限公司研制的月球探测器，是中国探月工程三期采样返回任务的核心，也是中国研制的最为复杂的航天器系统之一。

2020年11月24日，在海南文昌发射场，长征五号遥五运载火箭成功发射嫦娥五号，同年12月1日，嫦娥五号在月球表面成功着陆，12月3日，嫦娥五号上升器在月面点火并顺利将携带月球样品的上升器送入到预定环月轨道，12月17日，嫦娥五号返回器携带月球样本成功返回，并着陆在四子王旗。嫦娥五号所采集的月球样本，总重约1731克，于2020年12日19日，移交任务地面应用系统，嫦娥五号任务由工程实施阶段正式转入科学研究阶段。

2021年10月19日，中国科学院发布嫦娥五号月球科研样品最新研究成果。多项突破性进展给出了对月球演化的全新认识，对未来的月球探测和研究提出了新的方向。

研制目的

嫦娥五号任务同时具有工程目标和科学目标。

三大工程目标是：

主要科学目标有：

研制历程

研制背景

从1999年开始，中国国防科工委就组织有关部门对月球探测进行了系统性的论证，到2000年，对月球探测任务的目标的评审工作通过，相关技术研究开始。2002年起，中国国防科工委组织科学家和工程技术人员开展月球探测工程的技术方案研究工作。

2004年1月，中国绕月探测工程立项，并被命名为嫦娥工程。

2006年2月，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中，将“载人航天与探月工程”列入国家十六个重大科技专项，并明确中国探月工程是国家科技重大专项标志性工程，其目的是：推动国家航天事业发展、促进科技进步和创新、提高综合国力。

中国探月工程规划分为“绕”“落”“回”三个阶段，任务目标和关键时间点分别为：

自2004年1月探月工程一期立项并正式启动以来，中国探月工程连续成功实施嫦娥一号、嫦娥二号卫星、嫦娥三号探测器和嫦娥四号探测器等探月工程一期、二期的发射任务，开展三期工程势在必行。

立项

中国探月工程三期于2011年1月7日批准立项，任务目标是实现月球表面的无人采样返回。探月工程三期共规划了两次采样返回任务和一次飞行试验任务。

前期试验

2014年10月24日，中国实施了探月工程三期再入返回飞行试验任务，试验目的为：验证返回器接近第二宇宙速度再入返回地球相关关键技术。

11月1日，在飞抵月球附近并返回后，再入返回飞行试验的服务舱与返回器在距地球5000公里处受控分离，返回器以“半弹道跳跃式”高速再入地球大气层，在四子王旗成功着陆，试验任务取得圆满成功，为嫦娥五号任务奠定了坚实的技术基础。

运载火箭

探月工程三期从一开始即确定嫦娥五号使用全新研制的长征五号运载火箭。长征五号火箭研制任务也始终同探月工程三期任务紧密结合、统一指挥，是互不可分割的。

2016年11月3日，中国新一代运载火箭长征五号系列运载火箭首飞成功，为原计划2017年发射的嫦娥五号任务奠定了基础。

2017年7月2日，长征五号遥二火箭发射失败，开始“归零”，原定于11月发射的嫦娥五号延期。

延期

2017年，嫦娥五号任务因故延期（见上）。

2019年，小行星3789 国家航天局宣布嫦娥五号月面采样返回任务将于年底前后实施，后再度延期。

2020年，时任中国探月工程副总设计师于登云表示，嫦娥五号将于当年年底发射。

系统组成与任务载荷

从整体结构上看，嫦娥五号探测器系统由上升器、着陆器、返回器和轨道器（由上至下）四部分组成，总质量8.2吨。探测器抵达月球轨道后分为2个组合体，分别是：轨道器和返回器组合体（简称轨返组合体）、着陆器和上升器组合体（简称着陆上升组合体或着上组合体），其中轨返组合体在200km环月圆轨道上继续飞行，而着陆上升组合体择机实施动力下降和月面软着陆。

着陆后，着陆上升组合体将开展科学探测、采集和封装月球样本，并完成月面起飞准备，轨返组合体则根据需要在轨道上机动调整相位。着陆器与上升器解锁分离，上升器发动机点火起飞，轨返组合体和上升器在月球轨道上完成自主对接，并月球样本从上升器转移到返回器样品舱内，返回器最后返回地球。

从功能上看，嫦娥五号探测器具有十五个分系统，分别是：结构、机构、测控数传、天线、数管、供配电、热控、采样封装、工程参数测量、GNC、推进、回收、对接机构与样品转移、分离机构和有效载荷。

采样机构包括机械臂和钻具，其中，钻具钻取月球表面以下的月壤样品，机械臂则通过末端携带的采样器在月球表面进行了多种采样，多种设备和手段共用使嫦娥五号实现了多点、多样化自动采样。

有效载荷包括降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种设备，能够在月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中发挥重要作用。探测器钻取采样前，月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断，为采样提供了数据参考。

飞行任务剖面和经历

飞行任务剖面

按照任务要求和工作工程，在工程设计中，探测器的飞行过程被划分成11个阶段，分别是：

主要飞行任务经历

发射入轨段

2020年11月24日4时30分，海南文昌发射场，嫦娥五号探测器由长征五号遥五运载火箭成功发射，火箭飞行约2200秒后，探测器顺利预定轨道。

地月转移段

同一天22时06分，嫦娥五号探测器上的3000N发动机工作约2秒钟，顺利完成探测器的第一次轨道修正，由于嫦娥五号任务发射入轨精度较高，轨道修正量很小。此时探测器已距离地球约16万公里。

第一次修正24小时后，11月25日22时06分，两台150N发动机工作约6秒钟，完成了探测器的第二次轨道修正，此时探测器已距离地球约27万公里。

近月制动段

11月28日20时58分，嫦娥五号探测器在距月面约400公里处实施3000N发动机点火，此后工作约17分钟，成功实施第一次近月制动，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制动，将飞行轨道从椭圆环月轨道变为近圆形环月轨道。

着陆下降段

11月30日4时40分，嫦娥五号探测器组合体顺利分离，轨道器和返回器组合体继续在平均高度约200公里的环月轨道上飞行并等待上升器交会对接，着陆器和上升器组合体择机实施月面软着陆。

12月1日22时57分，着上组合体从距离月面约15公里处开始实施动力下降，使用7500牛变推力发动机，逐步将探测器相对月球速度从约1.7公里/秒减速到0。12月1日23时11分，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（月球正面风暴洋月海的吕姆克山脉以北地区）。

月面工作段

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。

月面上升段

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预定环月轨道。这是小行星3789首次实现地外天体起飞。

交会对接与样品转移段

12月6日5时42分，嫦娥五号上升器成功与轨道器返回器组合体交会对接，30分钟后，即6时12分，月球样品容器安全转移至返回器中。这也是中国航天器首次实现月球轨道交会对接。

为避免已经圆满完成任务的上升器成为太空垃圾，影响后续月球探测任务，12月8日6时59分，嫦娥五号上升器按照地面指令受控离轨，7时30分左右降落在月面经度0度、南纬30度附近的预定落点。

环月等待段、月地转移段

从12月6日在月球轨道交会对接后，到12月12日，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。

12月12日9时54分，第一次月地转移入射成功实施，轨返组合体从200km高度近圆形环月轨道进入了近月点高度约200km的椭圆轨道。12月13日9时51分，在距月面230km处，四台150N发动机点火，工作约22分钟，成功实施了第二次月地转移入射，轨返组合体成功进入月地转移轨道。

12月14日11时13分，两台25N发动机工作约28秒，使嫦娥五号探测器轨道器和返回器组合体顺利完成第一次月地转移轨道修正。12月16日9时15分，两台25N发动机工作约8秒钟，第二次月地转移轨道修正顺利完成。

12月17日1时，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。

再入回收段

12月17日1时33分，在距地面高度约120公里处，嫦娥五号返回器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，在预定高度向上跃出大气层后，再次滑行下降，进行二次气动减速，在降至距地面约10公里高度后，减速伞打开，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。

后续

12月21日起，嫦娥五号轨道器转入长期管理阶段。由于当初发射入轨精度高，极大减少了轨道修正任务，节省了推进剂消耗。根据轨道器推进剂剩余量，以及测控条件、器上设备状态和上下行数据传输状态，确认嫦娥五号探测器具备开展拓展任务的条件。

在经历了近四个月、88天的转移过程、实施2次轨道机动和2次中途修正后，2021年3月18日，嫦娥五号轨道器进入日地拉格朗日L1点，展开新一阶段的探测任务。

科学研究及成果

2020年12日19日，嫦娥五号所采集的约1731克月球样本，移交任务地面应用系统，时任中国科学院星院长、党组书记侯建国将国家航天局移交的月球样品正式交接给中科院国家天文台，嫦娥五号任务由工程实施阶段正式转入科学研究阶段。

样品发放

2021年4月13日，嫦娥五号采回的第一批月球样品信息在中国探月与深空探测网发布。首批一共发布了44个科研样品，共56.8812克，其中光片样23个共768.3毫克、岩屑样19个共1112.9毫克、粉末样2个共55克；粉末样可由多个申请人共同借用，光片样和岩屑样则是排他的。截至5月31日，国家航天局共收到23家科研机构的37名使用责任人提出的85份申请。

2021年07月12日，第一批月球科研样品发放，来自13所科研机构的31份样品申请获得通过，对应第一批样品中的21个，共17.4764克。

截至2023年4月，嫦娥五号采回的月球样品已进行到第六批发布，并完成了前五批的申请、审核和发放工作。

成果发布

北京时间2021年10月8日，嫦娥五号月球样品首篇研究成果《嫦娥五号年轻玄武岩的年代与成分》发表在国际学术期刊《Science》上，该成果由中国地质科学院地质研究所刘敦一研究员和海外高级访问学者科庭大学Alexander Nemchin教授领衔的国际团队取得，证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动，打破了以前相关研究中29亿年的记录，使已知的月球地质寿命延长了约10亿年，为完善月球演化历史提供了关键科学证据。

2022年1月8日，中科院地质与地球物理研究所等单位发表研究结果，利用嫦娥五号上的月球矿物光谱分析仪，可以确认每吨月壤中大约有120克“水”（非液态水，而是与岩石结合在一起的“结合水”分子，经处理后可析出），每吨岩石中则大约有180克“水”，这是人类第一次有机会在月表近距离、高分辨地探测水的信号。

2022年9月9日，小行星3789科学家首次在月球上发现新矿物，国家航天局、国家原子能机构联合发布这一结果，该矿物是一种磷酸盐矿物，呈柱状晶体，存在于月球玄武岩颗粒中，被命名为“嫦娥石”。该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物，中国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。

2023年3月30日，中英科研人员在《自然·地球科学》发表的研究结果，据测算，月球表面上可能储存着多达2700亿吨水。这些水储存在一种名为“撞击玻璃珠”的结构中，来源则是太阳风。这些玻璃珠具备维持月表水循环的能力和潜质，可能会在未来的月球探测中，提供可供就地利用的水资源。

公众展示及文化科普

2021年2月27日，装有100克月壤样品的月球样品001号、嫦娥五号返回舱及着陆减速伞等嫦娥五号探测器相关展品在中国国家博物馆展出。

2021年9月28日，嫦娥五号返回舱实物、降落伞实物亮相第十三届中国国际航空航天博览会（珠海航展），吸引了大量观众注意。

2022年5月，嫦娥五号探测器有效载荷获得的2级科学数据正式面向社会公众开放，公众可以通过月球与行星数据发布系统（https://moon.bao.ac.cn）获取相关信息，这一措施的目的是持续促进科学研究。

2022年7月12日，由国家航天局、中国科协联合出品的《神奇的嫦娥五号》科普纪录片在北京正式发布，面向社会大众，用科普的方式解读嫦娥五号，以期充分发挥重大工程的社会效能，推动科技资源科普化的进程。

2023年4月17日，以嫦娥五号带回的月球样本为对象的一系列艺术作品共同呈现的《阅壤——月壤科研成果主题艺术展》在中国科学技术大学展出，展览集结了科学家、艺术家和工程师的智慧，运用多形态的科技艺术表现形式，带领观众进入人类探月史上最具清晰度和可读性的显微月壤颗粒图像，解读月球的诸多科学问题、历史时刻、文化现象，共同探究隐藏在月壤尘埃中的宇宙奥秘。

国际合作

在嫦娥五号探测器的发射、飞行过程中，中国与欧洲航天局、阿根廷、纳米比亚、巴基斯坦等国家和国际组织在测控领域开展了深入的协同合作，多个国家的驻华使节与国际组织的的官员也在发射现场进行了观摩。

嫦娥五号任务完成采样返回后，2020年12月17日，时任中国国家航天局副局长吴艳华表示，中国政府愿意在平等互利、和平利用、合作共赢的原则基础上，与各国志同道合的机构和科学家共享月球样品、有关探测数据，以进行科学分析。中国国家航天局探月与航天工程中心副主任、探月工程三期副总设计师、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇同样表示，“我们没有提出国别限制，鼓励科学家进行样品的研究合作。”

2021年10月19日，中国科学院和法国空间研究中心以及法国科研中心在月球样品合作研究方面已经初步达成共识，双方将以人员交流和共同研究项目的形式开展互补合作。

小行星3789国家航天局以《月球样品管理办法》，鼓励开展月球样品研究，促进科学成果共享。迄今，已有澳大利亚、俄罗斯、法国、美国、英国及瑞典等国科学家参与了中国月球样品的科学研究，在嫦娥五号任务已经发布的各类科研成果（上一章节所述内容），也普遍呈现国际合作、共同研究的特点。

2023年4月24日，在“中国航天日”的活动启动仪式上，中国国家航天局公布已向俄罗斯、法国赠送了嫦娥五号取回的月球样品，俄罗斯也已进行了回赠。

意义

嫦娥五号探测器在中国航天发展的过程中创造了五个“首次”：首次完成地外天体的采样与封装；首次在地外天体上的点火起飞、精准入轨；首次在月球轨道上完成了无人交会对接和样品转移；首次携带月球样品以近第二宇宙速度再入返回；首次建立我国月球样品的存储、分析和研究系统。标志着我国具备了地月往返的能力，为我国未来月球与行星探测奠定了坚实基础。

相比嫦娥五号探测器探月本身的意义，更重要在于中国航天科技的整体发展，为了保障嫦娥五号探测任务顺利完成，中国设计了整个一套工程体系，建立了能够覆盖全球的深空测控网，还培养造就了一支专业化、年轻化、能打硬仗的人才队伍，完善形成了组织实施复杂航天工程的系统方法。以嫦娥五号为新的起点，中国探月工程四期和行星探测工程将继续实施，嫦娥六号探测器、七号、八号，小行星探测、火星取样返回、木星系探测等工程任务都将按计划陆续实施。