嫦娥 嫦娥五号大获全胜返回舱32马赫高速再入，力抗上万度高温
公元2020年12月17日凌晨1时59分，嫦娥五号月球采样返回器成功着陆于内蒙古四子王旗主着陆场，地面搜索分队在6次落点预报导引下顺利找到返回器。至此，首次采用月轨无人交会对接方案的月球采样返回任务迎来了史诗般的伟大胜利。
文章插图
自发射以来的23天任务时间里嫦娥五号可谓是过五关斩六将，完美无瑕地闯过了全部11道艰难险关，在此次任务中我们连续攻克了大吨位航天器地月转移轨道入射、机械臂与钻机联合月面采样、地外天体样品封装、地外天体发射、人类首次无人月球轨道自动交会对接等一系列核心技术能力。奠基嫦娥五号取得伟大胜利的最后一关则是第二宇宙速度高速半弹道跳跃式再入返回，这一殿堂级技术。
文章插图
纵观嫦娥五号整个任务流程，它一直处于“断舍离”的状态中：长征五号遥五发射入轨“器箭分离”，进入绕月轨道后轨道器/返回器组合体与着陆器/上升器组合体分离，完成月面采样后上升器起飞与着陆器分离，实施月球轨道自动交会对接完成样品转移后，上升器/对接机构与轨道器/返回器组合体分离，进入月地转移轨道后在距离地球数千公里处返回器与轨道器分离。
文章插图
一个八吨多重的大家伙最终只有返回器这个重量仅有300多公斤的小家伙回到地球，而它就是我们胜利的见证。“高速半弹道跳跃式再入返回技术”就是确保小家伙能够回到地球的“太空船票”，为了拿下这一技术我们早在六年前就专门发射了一颗验证探测器“嫦娥五号T1”。
文章插图
当年嫦娥五号T1由长征三号丙运载火箭发射至近地点219公里、远地点41.3万公里的地月转移轨道，随后在距离月球约6万公里处实施月旁转向，尔后进入月地转移返回轨道，并在距离地球约5000公里处释放返回器，在此次任务中我们全面掌握了具有国际领先水平的“太空打水漂”式再入返回技术。那么，何为“太空打水漂”？返回器浑身上下几乎没有可动舵面，它又如何精准操控呢？
文章插图
嫦娥五号返回器与轨道舱分离后独自高速飞向第一次再入点，它将以较小的再入角度再入大气层，此时速度约为32马赫，尔后经历第一次黑障，出黑障后抵达距离地面约60公里高度基于升力作用再次反弹回宇宙空间，经过一段滑行后二次再入大气层，这就是“太空打水漂（高速半弹道跳跃式再入返回）”。太空打水漂相较于传统半弹道式的再入行程会延长很多，整个再入行程预计在5100至7000公里，随着距离的增加也不可避免地对落点精度产生影响，此时就需要精准的控制技术。
文章插图
嫦娥五号返回器充分继承嫦娥五号T1方案设计，采用的是球冠钟形体构型，二者顶部都有两片稳定翼，该装置结合钟形体构型可以确保返回器拥有唯一稳定配平点，有了这个唯一的“配平点”意味着返回器即便遭遇动力失效或者姿态失稳等故障，最终都能自动配平恢复至预设姿态，进而飞回着陆场。看似简单的稳定翼实际上设计难度非常大，需要通过大量的风洞吹风测试以及验证试验才能得出最优设计结果，联盟系列飞船曾经用了整整十年才最终确定稳定翼气动外形与安装位置。
文章插图
除了稳定翼，嫦娥五号返回器还配置有12台RCS姿控发动机辅助配平，姿控动力在不同高度层不同速域环境下的喷射效果也有不同，因此还需要加码质心盒辅助配平。
文章插图
返回器从设计之初就需要精密计算结构质量，再入过程中防热材料的高温烧蚀会改变飞船质心，加上采样样品重量的不确定性对质心也有影响，此时就需要质心盒及时准确地调整控制质心，进而实现返回器的精确操控。返回器精确操控还有一个大前提，就是初始入射轨道精度，当轨返组合体从遥远的38万公里外踏上归途的第一步开始就已经影响着返回器的最终归宿，为此测控团队为它准备了一系列轨道精度保证措施。
推荐阅读
- 发射 相比较嫦娥4号来说，英称这颗卫星更具威胁，美方希望公开技术！
- 小行星 嫦娥五号被超越？日本宣布喜讯：3亿公里外的“孩子”回到地球了
- 探月 嫦娥五号有多先进？美国宇航局的态度说明一切 快分享数据
- 艾特 嫦娥四号发现2500公里盆地，藏2100万亿吨异物，月背隐藏了什么
- 启蒙 六一给小朋友的礼物～启蒙keeppley长征五号运载火箭
- 月球 探月“三步走” 收官“有看头”--中国探月工程嫦娥五号任务正式启航
- 探测器 这才是月球背面真实的样子中国嫦娥四号拍摄的月球背面照片
- 顾香兰 肖战《如梦之梦》，许晴夸肖战演的五号病人是美、强、惨
- 探测器 嫦娥五号去月球挖氦3，美国40年前阿波罗登月，花了多少资金？！
- 刘徽 月球新增8个中国地名 嫦娥五号着陆点被命名为天船基地