12月17日凌晨，嫦娥五號返回器以“太空打水漂”的形式返回地球，成功著陸在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，中國首次月球采樣返回任務(wù)取得圓滿成功。
“打水漂”是中國一種古老而有意思的游戲，嫦娥五號的返回是中國打出的第二個“太空水漂”，第一個已在探月三期再入返回飛行試驗器上實現(xiàn)。記者采訪航天專家，揭秘中國第二個“太空水漂”是如何完成的？
此前，中國發(fā)射了20余顆返回式衛(wèi)星，回收11艘神舟系列飛船和新一代載人飛船，探月三期再入返回飛行試驗器更是近乎1:1地驗證了中國月地之間的“打水漂”式太空返回技術(shù)。
其實，相較于地球軌道，從月球到地球的返回最大的區(qū)別就是速度，嫦娥五號是攜帶月球樣品以接近第二宇宙速度，即約30多倍音速的高速返回地球。“打水漂”就是為了讓返回器在大氣層中的飛行和再次升高的過程中消耗足夠多的能量，從而把速度降下來。
中國的這個“太空水漂”，準(zhǔn)確來說應(yīng)該叫“半彈道跳躍式返回”，即在返回器第一次進(jìn)入大氣層一定“深度”并滑行一定距離后，調(diào)整返回器姿態(tài)，使其再次升高。隨著返回器的升高，其速度會進(jìn)一步降低，在降到第一宇宙速度以下時返回器便不再滿足成為一顆地球衛(wèi)星的基本條件而再次開始下落，然后以類似神舟飛船的返回過程返回地球，后面的過程就輕車熟路了。
嫦娥五號返回地球為何要采用“打水漂”的形式？中國航天科技集團五院502所專家介紹稱，“打水漂”是為了借大氣層的東風(fēng)，利用大氣的阻力和大氣與返回器的摩擦消耗返回器的動能。據(jù)悉，從第一次進(jìn)入地球大氣層到落地，嫦娥五號返回器要在“風(fēng)馳電掣”和“大起大伏”的狀態(tài)下飛行六七千公里。
當(dāng)然，高科技加持的“太空水漂”與兒時在池塘邊玩兒的“打水漂”還是不同的，小時候玩兒的瓦片兒一旦甩出便不再可控，但嫦娥五號的“太空水漂”全過程都是可控的，只不過這種控制是由返回器自己來完成。在六七千公里的飛行過程中，在允許的偏差范圍內(nèi)，嫦娥五號返回器可以“自由飛翔”。那么，返回器是如何實現(xiàn)過程中的“差之毫厘”而結(jié)果不會“謬以千里”？這就依靠502所為嫦娥五號配配備的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制(GNC)系統(tǒng)。
502所專家介紹道，所謂GNC系統(tǒng)，G(Guidance)即制導(dǎo)，返回器中的計算機會根據(jù)當(dāng)前的位置和速度信息，結(jié)合落點位置進(jìn)行制導(dǎo)處理，自動規(guī)劃出一條從返回器當(dāng)前位置到開傘點的最佳飛行路徑；N(Navigation)即導(dǎo)航，高精度導(dǎo)航設(shè)備可以在茫茫宇宙中實時獲取自身的位置、速度等信息；C(Control)即控制，通過向安裝在返回器外的發(fā)動機發(fā)送噴氣控制指令，調(diào)整返回器姿勢，使返回器沿著規(guī)劃出的軌跡飛行。G、N、C協(xié)同工作就可以使返回器“條條大路通落區(qū)”。
為了實現(xiàn)“順利跳起、準(zhǔn)確著陸”的目標(biāo)，科研人員在返回器GNC系統(tǒng)的研制過程中已完成數(shù)以萬計的模擬飛行試驗，并模擬了上百萬條飛行路線。502所專家表示，雖然嫦娥五號返回器最終的飛行軌跡不會和那百萬條中的任一條相同，但也肯定“無出其右”。
作者 郭超凱
