爱肯盆地取样返回计划

美国曾经公布了一个到月球南极取样的“爱肯盆地取样返回计划”的技术方案概貌。

这是一项月球取样返回任务，飞行器将着陆于月球背面的爱肯盆地，选择约3千克的1~4厘米大小的石块和0.6千克的风化层土壤运送回地球。由于从地球无法看到着陆点，因此需要一个通信轨道器将着陆器上的数据传回地球。此外，着陆器也必须在月球白天着陆月表。地球再入器将携带月球样品返回地球，并在太平洋海域进行回收。

该计划的轨道设计有其独特之处。该轨道在地月系统的拉格朗日点L1和L2处采用晕圈轨道。轨道器与着陆器的结合体一起被发射到L1。在L1处，着陆器开始奔向月球，轨道器则奔向L2。着陆器在爱肯盆地着陆，轨道器到达L2同时进入晕圈轨道（半长径3.5万千米，半短径1.5万千米），并将着陆器上的数据中继回地球。

从爱肯盆地返回至地球的轨道中，发射仰角和方位角分别为33°和296°。在125千米高度再入地球的坐标是-17°，其经度和纬度取决于爱肯盆地的发射时间。大气再入速度是11千米/秒。返回轨道对速度误差非常敏感。3米/秒的速度误差所产生的再入位置误差将达到3°左右。0.1°的速度矢量角误差将会在再入位置中产生1°的误差。由于其敏感性，返回上升舱需要进行一定的速度矢量控制。

探测器系统由多个部分组成，它包括一个中继轨道器、一个着陆器（图7-14）、一个月面上升舱（LAV）、一个地球再入器（EEV）和一个月球车。轨道器和着陆器一起发射，后者将提供进入地月L1点的速度增量。月球车将选择和收集月球样品，着陆器上有一个机械臂，作为收集月球样品的备份手段。由于该任务的工作期是在月球白天，所以着陆器和轨道器的主要能源是太阳能电池阵。着陆器上有一个两维转向高增益天线（HGA），轨道器上有一个固定指向的高增益天线。月面上升舱和地球再入舱都将使用蓄电池。整个飞行过程为：

（1）发射发射至巡航轨道，以便进入地月L1点。

（2）转移至L1点着陆器的推进系统将着陆器与轨道器的结合体送入L1点，需要5天的转移时间。

（3）轨道器转移进入L2点分离18天后，轨道器转移进入地月L2点，着陆器转移进入一个月球着陆轨道。

（4）下降和着陆分离3天后，着陆器转移进入月球着陆轨道；6天后，它将着陆月球。

（5）月表科学研究月球车展开并进行样品收集（着陆器上有一个机械臂作为收集月球样品的备份手段）；将月球样品转移至地球再入舱，该装置位于月面上升舱的顶部。

（6）在月球表面停留12天

（7）月面上升舱起飞并向地球返回月面上升舱起飞直接进入地球再入轨道；地球再入舱分离，并降落在太平洋海域；起飞7天后返回地球（图7-15）。

该计划的各任务系统可概述如下——

誗发射的运载火箭为“德尔塔4450”。

誗系统的设计寿命为56天。

誗轨道器的指向控制为360″（由遥控控制），着陆器的指向控制为360″（由遥控控制），月面上升舱的指向控制为360″（由轨道要求控制）。

誗月面上升舱、着陆器和轨道器各由相应的推进系统控制轨道机动。

誗通过星上推进器实现和保持三轴姿态稳定。

誗月面上升舱将用蓄电池供电。着陆器和轨道器主要使用三结砷化镓太阳能电池阵和锂离子电池。

图7-15　“爱肯盆地取样返回计划”想象中的一幕：月面上升舱已经起飞，蔚蓝色的地球正高悬在月球的天空中

誗科学数据量约为7.5吉比特。

誗月面上升舱将使用一个简单波束发射器。从月球车和着陆器至中继轨道器的数据率为181千比特/秒，着陆器有一个30厘米的高增益天线，轨道器上有一个固定的1.5米高增益天线，通过X频段实现这个链路。轨道器将使用它的低增益天线，通过X频段，向地面实现198千比特/秒的下传数据率。着陆器和轨道器也将配备一个特高频电子系统，主要用于着陆器从轨道器上接收命令。

誗热控调节主要通过被动系统和电加热器实现。

誗地球再入舱重约31.4千克，此外还要加上约0.6千克的X频段发射器。

誗原先考虑使用轨道器的推进系统将轨道器/着陆器的结合体送入L1点。但这样的入射速度需要较大的速度增量和大量的推进剂，因此决定使用着陆器上双组元推进剂模式来实现这个入轨机动。

誗为了简单和高可靠性，以及制导要求，考虑为月面上升舱配置单推进段的固体发动机。

爱肯盆地取样返回探测计划在充分继承前期月球探测技术成果的基础上，进行了较详细的方案设计。但目前此计划尚未进入工程实施阶段。

取样返回探测是人类获取外星球物质的必要手段。通过对这些样品的实验室研究，大大提高了人类对宇宙的科学认识，同时全面提升了航天技术水平。因此，自动取样返回探测是人类实现地外天体无人探索的最好途径之一。人类目前已经实现了月球及彗星的取样返回，正在准备进行小行星和火星等取样返回探测。