作者：郭超凯
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。这是中国首次实现地外天体起飞。
自12月1日23时11分成功落月以来，嫦娥五号在约48小时内迅速完成了“挖土”“打包”“升旗”“起飞”等一系列工作，携月球“土特产”即将返回地球。
来源：国家航天局供图。图片摄影：张高翔
“挖土”
作为中国探月工程“绕、落、回”三步走的收官之战，嫦娥五号任务会从月球采集约2公斤月球样品返回地球。平稳着陆于吕姆克山脉以北地区后，嫦娥五号随即开展月面自动采样工作。
自动采样是嫦娥五号任务的核心关键环节之一。探测器要经受住超过100摄氏度的月面高温考验，克服了测控、光照、电源等方面的条件约束，实现了多点、多样化自动采样。
图为嫦娥五号探测器在月球表面自动采样。 中新社发 中国国家航天局 供图
科研人员为嫦娥五号精心设计了两种“挖土”模式：钻取和表取。中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器系统副总设计师彭兢介绍道：“钻取就是通过空心钻杆的取芯机构，钻到月球表面两米深以下处，得到深层样品的层理信息。表取就是采用机械臂末端固定铲挖型采样器，进行表层和次表层月壤采集，实现多点、多次采样。”这两种方式互为备份，不仅可以提高采样的成功率和可靠性，同时也能够获得更为丰富的样品种类，为后续科学家研究提供更多可靠的原始资料。
“钻取初步考虑是0.5公斤，表取是1.5公斤。”中国国家航天局探月与航天工程中心副主任、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇曾透露。12月2日4时53分，经过3个多小时的持续作业，嫦娥五号钻取子系统顺利完成钻取采样任务。
另一厢，表取采样也在有条不紊地进行。用于表取的机械臂颇为抢眼，臂杆长3.7米，由数十个关节组成。由于着陆区域条件较好，嫦娥五号的采样工作比预想更为顺利，仅用19个小时便提前完成月表自动采样任务。
“打包”
相比月面极高真空的环境，地球表面包裹着大气层，大气环境中不仅有气体成分，还漂浮着各种固体颗粒，如果月球样品接触到大气中的这些物质，就会造成污染，导致月球样品科研价值大打折扣。
嫦娥五号着上组合体模拟图。北京飞控中心供图
如何将38万公里之外的月球样品在无人条件下进行“打包”，并保证样品在返回地球的过程中不受污染？由中国航天科技集团五院510所研制的月球样品密封封装子系统给出了“答案”，该系统能够自动承接、封装月球样品并具有密封功能的装置，可将采集到的月球样品“打包”返回地球。
做好封装“打包”工作尤为重要。在封装过程中，中国航天科技集团五院529厂设计师创新出一种“双管单袋”的钻进取芯方案。钻取到的月球样品，进了取芯管后，取芯软袋拉绳随之上提，样品就被自动装进软袋里。由于质地柔软，软袋可以很方便地进行缠绕封装，再放入初级封装装置内。中国工程院院士、中国国家航天局原局长栾恩杰形象地将钻取封装这一过程比喻成“装香肠”。
采样和封装过程中，科技人员在地面实验室根据探测器传回数据，仿真采样区地理模型并全程模拟采样，为采样决策和各环节操作提供了重要依据。经过约19小时月面工作，嫦娥五号探测器于12月2日22时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。
“升旗”
紧锣密鼓地开展“挖土”“打包”工作之余，嫦娥五号探测器还不忘在月球上进行一场神圣的“升旗仪式”。点火起飞前，嫦娥五号着上组合体实现月面国旗展开，这是中国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。
五星红旗月面展示模拟图
与嫦娥三号、嫦娥四号以及玉兔月球车上的五星红旗采用喷涂方式不同，嫦娥五号这面“织物版”五星红旗是一面真正的旗帜。这是五星红旗在月球表面的又一次成功展示，也让中国探测器在月面再次打上“中国标识”。
宇宙中拥有很强的电磁辐射，月球表面环境恶劣，温差可达正负150摄氏度，这就决定了普通五星红旗无法在月球上使用。为了让五星红旗能顺利在月面上展开，中国航天科工集团研制团队花费1年多时间进行选材，最终挑选出二三十种纤维材料作为候选。
通过热匹配性、耐高低温、防静电、防月球尘埃等物理试验，研制团队最终决定采用某新型复合材料，既能满足强度要求，又能满足染色性能要求，从而保证五星红旗能够抵御月表恶劣的环境，做到不褪色，不串色、不变形。
中国航天科工国旗展示系统设计团队开展技术研讨。图源：中国航天科工集团
嫦娥五号五星红旗的平面运动包络将近2000mm×900mm，但整个系统的重量只有1公斤。“虽然这只是一面薄薄的五星红旗，但科技含量十分高。”五星红旗展示系统项目指挥马威感慨道。
“起飞”
当嫦娥“五姑娘”完成月面工作后，她就要踏上“回娘家” 的旅程。俗话说万事开头难，返回地球可不容易，第一步能否“迈好”至关重要，这就涉及到中国航天史上另一个首次——月面起飞上升。
嫦娥五号上升器点火瞬间 国家航天局供图 摄影：张高翔
顺利完成月球样品采样封装后，上升器就要准备月面点火起飞，这是一个高难度科目。众所周知，运载火箭在地球起飞是有一套完备的发射塔架系统的，点火起飞位置也经过精确测算，飞行轨道更是一遍遍计算好的。但月面起飞就不一样了，它没有一马平川的起飞地点，更没有成熟完备的发射塔架，着陆器就相当于上升器的发射塔架，托举着嫦娥“五姑娘”回家。
此外，上升器还要克服地月环境差异、发动机羽流导流空间受限等难题。月面起飞的时候，还无法像运载火箭一样在地面发射前由地面人员完成测调和确认，必须依靠航天器“自力更生”，实现起飞时自主定位、定姿。
为了确保上升器能够顺利起飞上升，中国航天科技集团五院嫦娥研制团队进行了大量的试验验证，并建立了一整套环环相扣的系统保证任务，为嫦娥五号胜利迈出回家一步保驾护航。
12月3日23时10分，“满载而归”的嫦娥五号上升器从月面起飞，实现中国首次地外天体起飞。后续，在完成交会对接与样品转移、环月等待后，嫦娥五号将正式启程返回地球。
