12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)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(guó)首次月球采樣返回任務(wù)取得圓滿成功。
“打水漂”是中國(guó)一種古老而有意思的游戲，嫦娥五號(hào)的返回是中國(guó)打出的第二個(gè)“太空水漂”，第一個(gè)已在探月三期再入返回飛行試驗(yàn)器上實(shí)現(xiàn)。記者采訪航天專家，揭秘中國(guó)第二個(gè)“太空水漂”是如何完成的？
此前，中國(guó)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(yàn)器更是近乎1:1地驗(yàn)證了中國(guó)月地之間的“打水漂”式太空返回技術(shù)。
其實(shí)，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(hào)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�！按蛩本褪菫榱俗尫祷仄髟诖髿鈱又械娘w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(guó)的這個(gè)“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(huì)進(jìn)一步降低，在降到第一宇宙速度以下時(shí)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(hào)返回地球?yàn)楹我捎谩按蛩钡男问�？中�?guó)航天科技集團(tuán)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(dòng)能。據(jù)悉，從第一次進(jìn)入地球大氣層到落地，嫦娥五號(hào)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(shí)在池塘邊玩兒的“打水漂”還是不同的，小時(shí)候玩兒的瓦片兒一旦甩出便不再可控，但嫦娥五號(hào)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(hào)返回器可以“自由飛翔”。那么，返回器是如何實(shí)現(xiàn)過程中的“差之毫厘”而結(jié)果不會(huì)“謬以千里”？這就依靠502所為嫦娥五號(hào)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(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)當(dāng)前的位置和速度信息，結(jié)合落點(diǎn)位置進(jìn)行制導(dǎo)處理，自動(dòng)規(guī)劃出一條從返回器當(dāng)前位置到開傘點(diǎn)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(shí)時(shí)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(dòng)機(jī)發(fā)送噴氣控制指令，調(diào)整返回器姿勢(shì)，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(shí)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(jì)的模擬飛行試驗(yàn)，并模擬了上百萬條飛行路線。502所專家表示，雖然嫦娥五號(hào)返回器最終的飛行軌跡不會(huì)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
