上九天 嫦娥攬?jiān)?穿星河 逐夢無垠(科技自立自強(qiáng)·逐夢深空)
經(jīng)歷23天的旅程，12月17日凌晨1時(shí)59分，探月工程嫦娥五號(hào)返回器在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域成功著陸，標(biāo)志著我國首次地外天體采樣返回任務(wù)圓滿完成。
國家航天局專家表示，嫦娥五號(hào)探測器在一次任務(wù)中，連續(xù)實(shí)現(xiàn)我國航天史上首次月面采樣、月面起飛、月球軌道交會(huì)對接、帶樣返回等多個(gè)重大突破，為我國探月工程“繞、落、回”三步走發(fā)展規(guī)劃畫上了圓滿句號(hào)。同時(shí)，嫦娥五號(hào)任務(wù)作為我國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，成功實(shí)現(xiàn)了多方面技術(shù)創(chuàng)新、突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，對于我國提升航天技術(shù)水平、完善探月工程體系、開展月球科學(xué)研究、組織后續(xù)月球及星際探測任務(wù)，具有承前啟后、里程碑式的重要意義。
回家之路怎么走
為克服高速高溫，“太空打水漂”式返回
在先后完成發(fā)射、落月、采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會(huì)對接、上升器與軌道器和返回器組合體分離等環(huán)節(jié)后，嫦娥五號(hào)開始準(zhǔn)備返回地球。
12月12日—16日，軌道器和返回器組合體在完成2次月地轉(zhuǎn)移入射、2次軌道修正后，返回器于12月17日與軌道器分離并重返地球。
12月17日凌晨1時(shí)許，北京航天飛行控制中心通過地面測控站向嫦娥五號(hào)軌道器和返回器組合體注入高精度導(dǎo)航參數(shù)。此后，軌道器與返回器在距南大西洋海平面高約5000公里處正常解鎖分離，軌道器按計(jì)劃完成規(guī)避機(jī)動(dòng)。
凌晨1時(shí)33分，嫦娥五號(hào)返回器在距地面高度約120公里處，以接近第二宇宙速度高速進(jìn)入地球大氣層，實(shí)施初次氣動(dòng)減速。下降至預(yù)定高度后，返回器向上躍出大氣層，到達(dá)最高點(diǎn)后開始滑行下降。之后，返回器再次進(jìn)入大氣層，實(shí)施二次氣動(dòng)減速。這就是此次嫦娥五號(hào)采用的全新的再入方式——半彈道跳躍式再入返回，也就是俗稱的“太空打水漂”。
為什么要采用這種方式？
航天專家介紹，當(dāng)返回器帶著月壤，從月球風(fēng)馳電掣般向地球飛來，這時(shí)的飛行速度是約為11.2千米每秒的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為7.9千米每秒的第一宇宙速度。可別小看了這每秒3公里的差距，航天器從數(shù)百公里高的近地軌道返回和從38萬公里遠(yuǎn)的月球返回必然不同。一旦速度過猛，返回器一頭撞向地球，后果不堪設(shè)想，必須讓返回器減速飛行。此外，高速進(jìn)入大氣層時(shí)將摩擦產(chǎn)生劇烈高溫，熱量急劇提升也為航天器返回帶來巨大挑戰(zhàn)。
如何把速度降下來？科研人員經(jīng)過反復(fù)研究，根據(jù)我國航天器實(shí)際情況，決定借助地球大氣層這個(gè)天然屏障，通過空氣摩擦產(chǎn)生的阻力實(shí)現(xiàn)減速目的，提出了“太空打水漂”的方案。
除了速度，返回器還要克服高溫的影響?！霸偃氲乃俣忍岣咭槐?，再入熱量將提高8—9倍?！敝袊教炜萍技瘓F(tuán)五院嫦娥五號(hào)探測器結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師董彥芝說。如此高的溫度，一旦進(jìn)入返回器內(nèi)部，后果將不堪設(shè)想。
如何防熱、怎樣對抗燒蝕，成為技術(shù)團(tuán)隊(duì)必須攻克的難關(guān)?？傮w設(shè)計(jì)部防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為返回器設(shè)計(jì)了一件“防熱衣”。針對月球軌道返回?zé)岘h(huán)境、空間環(huán)境和重量的要求，提出了不同部位耐燒蝕和隔熱的具體需求與指標(biāo)，從33種新研材料中篩選出了7種防熱材料，完成了防熱材料的布局和局部防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了我國由近地軌道再入到深空軌道再入的防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的跨越。
在降至距地面約10公里高度時(shí)，返回器打開降落傘完成最后減速并保持姿態(tài)穩(wěn)定，隨后在預(yù)定區(qū)域平穩(wěn)著陸。這一整套動(dòng)作，堪稱完美。
著陸之后怎么找
為達(dá)到艙落人到，多次演練優(yōu)化
嫦娥五號(hào)返回器著陸后，負(fù)責(zé)搜索回收任務(wù)的測控與回收系統(tǒng)技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，有序開展回收工作。
在北京航天飛行控制中心大廳內(nèi)，無數(shù)雙眼睛緊盯著大屏幕。隨著返回艙順利落入著陸場，直升機(jī)、搜索車輛上的工作人員動(dòng)作迅速，在紅外顯示的畫面里，夜幕中的他們渾身反光，追尋著嫦娥五號(hào)的身影。內(nèi)蒙古的深夜大雪封路，在北京飛控大廳里的人們雖然聽不到搜索隊(duì)隊(duì)員的聲音，卻和他們一樣緊張。時(shí)間一分一秒流逝，“找到了嗎？”這樣的問題不斷被提及，10分鐘，20分鐘，終于，“雄鷹報(bào)告，直升機(jī)目視返回器著陸……”
時(shí)值隆冬，嚴(yán)寒積雪條件下夜間搜索，返回器目標(biāo)體積小以及特殊的返回方式給搜索回收工作帶來很多困難。和載人飛船相比，嫦娥五號(hào)返回器的體積只有飛船返回艙的約1/7，可著陸面積卻是載人飛船的16倍，在冰天雪地的夜間尋找如此小的目標(biāo)可謂難上加難。
為此，擔(dān)負(fù)搜索任務(wù)的中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搜索回收分隊(duì)組織進(jìn)行了多次貼近實(shí)戰(zhàn)的訓(xùn)練演練。針對這次任務(wù)呈現(xiàn)出的新特點(diǎn)、新挑戰(zhàn)，他們不斷完善方案預(yù)案，優(yōu)化搜索力量布勢。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心研究員、嫦娥五號(hào)任務(wù)著陸場區(qū)指揮部成員兼技術(shù)組組長卞韓城介紹，搜索人員從技術(shù)上采取了很多措施，比如將雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)經(jīng)過處理送到直升機(jī)和搜索車輛上，引導(dǎo)直升機(jī)和搜索車輛接近返回器，同時(shí)在直升機(jī)和搜索車輛上加裝了高功率的探照燈，協(xié)助搜索人員快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)等。
據(jù)介紹，為了確保直升機(jī)能夠在目標(biāo)區(qū)域安全降落，地面搜索車輛能夠順利抵達(dá)，前期，搜索回收分隊(duì)結(jié)合冰雪夜間環(huán)境進(jìn)行了近30次的著陸區(qū)地形勘察。累計(jì)標(biāo)注通信鐵塔100余座，測風(fēng)塔30余座，牧民點(diǎn)2800余處，對回收區(qū)內(nèi)的溝壑、斷崖以及一些小湖泊進(jìn)行了標(biāo)記，這一切都是為了迎接嫦娥五號(hào)順利回家。
“任務(wù)當(dāng)天，我們接到北京通報(bào)的歸零飛行后，不到30分鐘就發(fā)現(xiàn)返回器。這體現(xiàn)出我們落點(diǎn)預(yù)報(bào)快速準(zhǔn)確，達(dá)到了艙落人到的標(biāo)準(zhǔn)。”搜索回收分隊(duì)隊(duì)員郭志超說：“發(fā)現(xiàn)返回器那一刻，心情無比激動(dòng)?！?/p>
解封之后怎么用
將進(jìn)行科研科普，與世界科學(xué)家共享
按計(jì)劃，回收后的嫦娥五號(hào)返回器在完成必要的地面處理工作后，將空運(yùn)至北京開艙，取出樣品容器及搭載物。國家航天局將擇機(jī)舉行交接儀式，正式向地面應(yīng)用系統(tǒng)移交月球樣品，我國首次地外天體樣品儲(chǔ)存、分析和研究相關(guān)工作也將隨之啟動(dòng)。
國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇介紹，拿到月球樣品后，首先要做的是解封工作，這是由于樣品容器是在真空狀態(tài)下進(jìn)行封裝的，進(jìn)入地球之后要在地球的環(huán)境下操作。解封之后要對樣品進(jìn)行分樣，進(jìn)行基本特性、物理化學(xué)特性測試。然后要進(jìn)行樣品登記，給每一份樣品建立檔案。
對于月球樣品的用途，國家航天局副局長吳艷華表示，中國是第三個(gè)從月球采樣回來的國家。月球樣品主要包括3類用途，最主要的目的是為了進(jìn)行科學(xué)研究；還有一部分樣品將入藏國家博物館向公眾展示，進(jìn)行科普教育；第三類會(huì)依據(jù)國際合作公約和多邊雙邊合作協(xié)議，發(fā)布月球樣品和數(shù)據(jù)管理辦法，與有關(guān)國家和世界的科學(xué)家共享。
對于月球樣品的科研用途，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員、探月工程三期副總設(shè)計(jì)師李春來介紹，對于采回的月球樣品會(huì)妥善存儲(chǔ)，包括異地災(zāi)備存儲(chǔ)考慮?！敖^大部分樣品會(huì)用于科學(xué)研究，我們會(huì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行長期的、系統(tǒng)的對月球樣品的研究工作，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理特性、化學(xué)成分、同位素組成、礦物特點(diǎn)和地質(zhì)演化方面，希望能夠深化我們對月球的起源、演化方面的認(rèn)識(shí)。”
本報(bào)記者 馮 華 余建斌 喻思南