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四大 嫦娥五号“打水漂”回家背后有四大亮点

【环球时报采访人员 刘 扬】编者按：采访人员从国家航天局获悉，北京时间12月17日，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。从返回舱进行“太空打水漂”到降落在预定区域，再到月球“土特产”出舱之后的处理，都具有很高的技术含量。
亮点一：如何“在太空打水漂”
17日凌晨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公里/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。
据介绍，中国这个“太空水漂”，术语叫“半弹道跳跃式返回”，即在返回器第一次进入大气层一定“深度”并滑行一定距离后，调整返回器姿态，使其再次升高，随着返回器的升高，其速度会进一步降低，然后以类似神舟飞船的返回过程返回地球，后面的过程就轻车熟路了。
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介绍，采用半弹道式就是以初始的再入速度、姿态、再入角等作为再入的初始条件，通过升力控制实现对飞行轨迹的航向控制和俯仰控制，这样就可以更准确地落在预定着落地点。所以半弹道跳跃式再入解决了落点精度问题和再入过程的力与热的影响问题。
采访人员从中国航天科技集团五院获悉，以接近第二宇宙速度跳跃式再入返回，与返回卫星、神舟飞船等采用的第一宇宙速度近地返回相比，气动问题更加复杂，再入热环境条件更为严酷，对气动数据的精准度要求更为苛刻。探测器返回途中的另一个拦路虎就是温度。见过神舟飞船返回舱的人一定对那身乌黑的外表印象深刻。之所以全身乌黑是返回舱从近地轨道返回地球时，被大气层剧烈摩擦产生的高温烧灼而成。“再入的速度提高一倍，再入热量将提高8-9倍”。航天科技集团五院嫦娥五号探测器结构分系统主任设计师董彦芝介绍说。如此高的温度，一旦进入返回器内部后果将不堪设想。
防热结构设计团队为探测器设计了一件“贴心防热衣”。针对月球轨道返回热环境、空间环境和重量的要求，提出不同部位耐烧蚀和隔热的具体需求与指标，从33种新研材料中筛选出7种防热材料，完成了防热材料的布局和局部防热结构设计，实现了我国由近地轨道再入到深空轨道再入的防热结构设计的跨越。
亮点二： 海陆空天保障搜索回收
时值隆冬季节，严寒积雪条件下夜间搜索，返回器目标体积小以及特殊的返回方式给搜索回收工作带来很多困难。本次搜索回收任务采取了海陆空天多个维度的全方位保障。
据了解，和载人飞船相比，嫦娥五号返回器的体积只有飞船返回舱的约1/7，可着陆面积却是载人飞船的16倍，在冰天雪地的夜间寻找如此小的目标可谓难上加难。
酒泉卫星发射中心研究员、着陆场系统副总设计师卞韩城表示，嫦娥五号返回器采用半弹道跳跃式返回方式，这种返回方式控制的难度非常大，导致回收区的范围也特别大。为此，搜救人员从技术上采取了很多措施，比如将雷达的测量数据经过处理送到直升机和搜索车辆上，引导直升机和车辆搜索接近返回器，同时在直升机和搜索车辆上加装高功率的探照灯，协助搜索人员快速发现目标。
而为了实现对返回器的快速搜索回收，还有大量鲜为人知的高科技装备在进行全方位保障。采访人员从航天科工二院23所获悉，在嫦娥五号返回器返回过程中，该所研制的两部测量雷达承担了高精度测量任务，并为指控中心提供实时测量数据，为前方搜救提供有效的目标落点数据。其中距离落区较远的雷达主要用于黑障区至地面的跟踪测量，研制人员根据十多年神舟系列飞船返回任务保驾工作经验，着重针对黑障区内返回器对雷达存在隐身现象做了充分准备，实时上报测量数据并预报返回舱着陆点，为飞船平安着陆后第一时间搜救打下坚实基础；回收任务最末端的跟踪测量雷达从返回器开伞后开始对目标进行测量，为落点预报和返回器搜救提供了及时准确的数据信息。
采访人员从北京空间信息传输中心了解到，在着陆场搜索任务中，我国中继卫星天链二号01星建立起搜救空中分队通信直升机与北京航天飞行控制中心的信息传输链路，实现了图像、话音、调度等业务数据的实时传输，为搜索任务圆满成功奠定了坚实基础。

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