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　　北京時(shí)間11月1日6時(shí)42分，再入返回飛行試驗(yàn)返回器在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域順利著陸，標(biāo)志著我國(guó)探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)獲得圓滿(mǎn)成功。繼前蘇聯(lián)和美國(guó)之后，中國(guó)成為成功回收繞月飛行器的第三個(gè)國(guó)家。
　
　　這是中國(guó)繼十次牽引神舟飛船返回艙從300多公里的近地空間返回地球后，首次迎來(lái)從月球上空返回的飛行器。
　
　　國(guó)防科工局局長(zhǎng)、探月工程總指揮許達(dá)哲表示，此次任務(wù)驗(yàn)證了接近第二宇宙速度再入的氣動(dòng)、熱防護(hù)、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）關(guān)鍵技術(shù)，為探月三期工程打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　
　　俗話(huà)說(shuō)“行百里者半九十”。在這次歷時(shí)8天多、總航程80多萬(wàn)公里的任務(wù)中，返回的最后數(shù)千公里尤為艱險(xiǎn)。在此，科技日?qǐng)?bào)與您共同回望返回器最后那段歸途。

　
將“明星”送上“紅毯”

　
　　此次任務(wù)中，飛行試驗(yàn)器由服務(wù)艙和返回器兩部分組成。大部分旅程中，兩者緊密相伴，直到距地球約5000公里處，服務(wù)艙才與返回器分離，將它“推”入“返回走廊”，完成備受關(guān)注的最后旅程。
　
　　因此，如果把返回器比作一位明星，服務(wù)艙則像一輛轎車(chē)，不僅將它送上了紅毯，一路上還負(fù)責(zé)了它的飲食、通信甚至“取暖乘涼”。
　
　　航天科技集團(tuán)五院飛行試驗(yàn)器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張伍介紹說(shuō)，兩者組合飛行過(guò)程中，是由服務(wù)艙給返回器供電，并負(fù)責(zé)對(duì)返回器的測(cè)控。其間服務(wù)艙高精度敏感器還對(duì)返回器敏感器進(jìn)行了標(biāo)定，以保證其返回時(shí)精度更高。
　
　　五院飛行試驗(yàn)器服務(wù)艙GNC副總設(shè)計(jì)師王曉磊說(shuō)，服務(wù)艙還通過(guò)制導(dǎo)導(dǎo)航與控制，幫助返回器實(shí)現(xiàn)了溫度控制。比如其載荷關(guān)閉時(shí)，為防止溫度過(guò)低，服務(wù)艙會(huì)把它轉(zhuǎn)到陽(yáng)光下曬曬；如果載荷開(kāi)啟，擔(dān)心溫度過(guò)高，則將其轉(zhuǎn)到背陰處乘涼。
　
　　5時(shí)53分，服務(wù)艙的4個(gè)爆炸螺栓開(kāi)啟，與返回器分離。王曉磊說(shuō)，這一動(dòng)作非常關(guān)鍵，要保證4個(gè)螺栓爆炸時(shí)間同步、力度均勻，才能把返回器準(zhǔn)確地推進(jìn)返回軌道，否則可能影響返回器姿態(tài)，甚至出現(xiàn)兩器碰撞，很可能導(dǎo)致任務(wù)失敗。
　
　　分離后，返回器建立起獨(dú)立的工作狀態(tài)、啟動(dòng)自身電源，繼續(xù)飛向家鄉(xiāng)。而服務(wù)艙的任務(wù)也并未結(jié)束。
　
　　王曉磊說(shuō)，分離約20分鐘后，服務(wù)艙會(huì)點(diǎn)火變軌，爭(zhēng)取離開(kāi)地球大氣層。“這件事難度很大，如果‘跑’不出去，它將在印度洋墜毀；但如果成功了，可以利用它做一些工程上的驗(yàn)證。”他說(shuō)。
　
　　記者從北京飛控中心了解到，艙器分離10個(gè)小時(shí)后，運(yùn)行在繞地大橢圓軌道上的服務(wù)艙轉(zhuǎn)入了長(zhǎng)期管理階段，計(jì)劃實(shí)施長(zhǎng)達(dá)半年的拓展試驗(yàn)管理任務(wù)，如飛赴地月L2點(diǎn)、飛往月球進(jìn)行環(huán)月飛行等，以驗(yàn)證未來(lái)“嫦娥五號(hào)”任務(wù)相關(guān)飛控技術(shù)。

　
在太空畫(huà)一道全新的弧線(xiàn)

　
　　相比以往載人飛船飛回地球的軌道，從月球飛回地球的軌道有著巨大差別。
　
　　五院飛行試驗(yàn)器副總設(shè)計(jì)師彭兢說(shuō)，以往低軌返回的航程只有一千多公里，而這次任務(wù)中返回器需要走一條長(zhǎng)達(dá)數(shù)倍且從未走過(guò)的路。
　
　　“在接近地球時(shí)，雖然也可以通過(guò)不斷變軌走以前的成熟路線(xiàn)，但代價(jià)是多背負(fù)幾噸重的燃料。這顯然不切實(shí)際。”他說(shuō)。
　
　　為滿(mǎn)足返回路程、速度等多方面要求，五院502所科技人員“畫(huà)”出一道全新的弧線(xiàn)。其中，制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
　
　　五院飛行試驗(yàn)器返回器GNC副總設(shè)計(jì)師王勇介紹，通過(guò)“導(dǎo)航”可以知道返回器的位置，“制導(dǎo)”能幫它找到回家的路，“控制”則使它走上這條路。
　
　　在服務(wù)艙、返回器分離的一瞬間，導(dǎo)航系統(tǒng)和高精度慣性測(cè)量單元準(zhǔn)確測(cè)定出返回器的精準(zhǔn)位置，在茫茫宇宙中標(biāo)定了弧線(xiàn)的起點(diǎn)。自此，返回器進(jìn)入制導(dǎo)走廊。這是個(gè)巨大的空間三維隧道，連接首尾的弧線(xiàn)有無(wú)數(shù)條，通過(guò)制導(dǎo)器件精準(zhǔn)計(jì)算，預(yù)測(cè)出返回器下一個(gè)點(diǎn)的位置，在隧道中一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)連成了最精確的弧線(xiàn)。最后，科技人員通過(guò)實(shí)時(shí)修正控制，確保返回器貼近最理想的軌跡。

　
　　三站接力護(hù)送返回器精準(zhǔn)穿越

　
　　如果把地球比作一個(gè)籃球，返回器回家的通道寬度則比一張紙還薄。
　
　　五院飛行試驗(yàn)器軌道主管設(shè)計(jì)師汪中生說(shuō)，返回器的軌道設(shè)計(jì)對(duì)再入點(diǎn)參數(shù)精度要求非常高，必須精準(zhǔn)穿越，才能安全返回地球。
　
　　為了盡可能提高返回器的測(cè)軌精度，北京飛控中心在任務(wù)中首次采用三站聯(lián)合接力跟蹤技術(shù)。該中心飛控總體主任設(shè)計(jì)師席露華介紹，參與聯(lián)合接力跟蹤的圣地亞哥、瑪斯帕拉瑪斯和納米比亞三個(gè)測(cè)站均位于境外，在地理分布上成三角幾何狀。就像三角形結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定的形狀一樣，采用三角幾何狀分布的測(cè)站聯(lián)合接力跟蹤測(cè)量，可以確保實(shí)現(xiàn)高精度軌道測(cè)量。
　
　　該技術(shù)給飛控工作帶來(lái)了許多難題。席露華說(shuō)，科技人員從建立基礎(chǔ)邏輯分析模型入手，做了上百次方案論證和誤差分析，最終讓一個(gè)個(gè)難題迎刃而解，為實(shí)現(xiàn)安全再入返回奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　
　　6時(shí)許，北京飛控中心大屏幕上出現(xiàn)了返回器的模擬動(dòng)態(tài)。它越過(guò)了南大西洋、印度洋，沿著預(yù)定軌道向著祖國(guó)飛來(lái)。
　
　　該中心測(cè)控通信指揮部指揮長(zhǎng)陳宏敏介紹，為迎接返回器，測(cè)控通信系統(tǒng)沿返回走廊布設(shè)了一條地面測(cè)控鏈，通過(guò)它向返回器發(fā)送指令，并獲取數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算返回器的軌道并預(yù)報(bào)其著陸地點(diǎn)。精確的軌道預(yù)報(bào)是引導(dǎo)測(cè)站跟蹤返回器和進(jìn)行返回器落點(diǎn)預(yù)報(bào)的前提。
　
　　十余分鐘后，返回器抵達(dá)距地面大約120公里的大氣層邊緣。

　
　　在大氣層打一個(gè)漂亮的“水漂”

　
　　與神舟飛船以大約每秒7.9公里的第一宇宙速度返回不同，此次任務(wù)返回器進(jìn)入大氣層的速度超過(guò)每秒11公里，已接近第二宇宙速度。以這樣的速度返回地球，如果不能有效減速，返回器會(huì)在大氣層中燒蝕殆盡。
　
　　為此，我國(guó)首次采用了半彈道式跳躍的返回方式。“跟我們小時(shí)候打水漂類(lèi)似，飛行器要在大氣層表面‘打個(gè)水漂’。”探月工程三期副總設(shè)計(jì)師郝希凡說(shuō)，返回器首次進(jìn)入大氣層后將受控“跳”起，經(jīng)過(guò)滑行再次進(jìn)入大氣層并飛向落區(qū)。如果成功，返回器的速度會(huì)進(jìn)一步降底，降到第一宇宙速度時(shí)，后面的過(guò)程就輕車(chē)熟路了。
　
　　這一跳并不容易。
　
　　郝希凡說(shuō)，高層大氣變化無(wú)窮，受到黑天白夜、太陽(yáng)風(fēng)、地磁場(chǎng)等多種因素影響，大氣變化誤差很大。
　
　　王勇表示，高空大氣密度變化范圍可達(dá)正負(fù)80％，低空大氣密度變化范圍也有20％—40％。“如果大氣密度高，就讓返回器早點(diǎn)跳；密度低就多降點(diǎn)再跳。”他說(shuō)，返回器進(jìn)入大氣層后，制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)要實(shí)時(shí)對(duì)氣動(dòng)參數(shù)、大氣密度等進(jìn)行辨識(shí)、仿真和計(jì)算，且要在極短的時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)該系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)峻考驗(yàn)。
　
　　在持續(xù)3分多鐘的初次再入后，返回器從距離地面60多公里處一躍而起，跳回約110公里高度，并按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)二次再入，完美地跨過(guò)了歸途中最危險(xiǎn)的“一道坎”。

　
　　給熱控加一個(gè)開(kāi)關(guān)

　
　　即使借助了跳躍方式，返回器再入大氣仍會(huì)對(duì)熱控帶來(lái)挑戰(zhàn)。
　
　　返回器再入速度大、時(shí)間長(zhǎng)，表面溫度最高可達(dá)2000多攝氏度，如果傳導(dǎo)到內(nèi)部，將對(duì)其載荷產(chǎn)生嚴(yán)重影響；而在之前的飛行階段，器上慣性測(cè)量單元工作時(shí)發(fā)熱量很大，又必須釋放出去。散熱和隔熱，成為科技人員必須解決的矛盾。
　
　　抗燒蝕是第一道必需攻克的難關(guān)。五院總體部防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們?yōu)轱w行試驗(yàn)器巧妙設(shè)計(jì)了“防熱服”。他們針對(duì)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)，新研了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(guó)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。同時(shí)提出了三維傳熱燒蝕分析方法，在我國(guó)首次采用整體變厚度、變密度，分區(qū)域、偏軸設(shè)計(jì)方案，突破了輕量化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，并利用一維燒蝕分析和三維溫度場(chǎng)分析相結(jié)合的數(shù)值分析方法，實(shí)現(xiàn)了用全面的局部燒蝕試驗(yàn)代替整器燒蝕試驗(yàn)，為任務(wù)成功奠定了基礎(chǔ)。
　
　　為讓返回器在歷時(shí)8天的旅程中成功抵抗宇宙環(huán)境和再入環(huán)境的溫差，科技人員更是首次攻克的異構(gòu)式環(huán)路熱管熱控技術(shù)。五院飛行試驗(yàn)器熱控分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師寧獻(xiàn)文說(shuō)，該技術(shù)就像給熱控加了一個(gè)開(kāi)關(guān)，需要散熱時(shí)打開(kāi)，需要隔熱、保溫時(shí)關(guān)閉，有效解決了返回器再入大氣前的大熱耗散熱、熱導(dǎo)調(diào)節(jié)和再入過(guò)程中熱阻斷等技術(shù)難題。

　
　　回收成功率高于99.9％

　
　　在距地面約11公里處，它的速度已降到每秒百米左右，進(jìn)入了此次任務(wù)最后的回收著陸階段。這時(shí)，它要用到最后一樣減速裝備——降落傘。
　
　　五院回收分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師榮偉說(shuō)，返回器落地時(shí)，速度應(yīng)降到每秒10米左右，為此開(kāi)傘時(shí)機(jī)大有講究。開(kāi)得太早，強(qiáng)大的空氣阻力會(huì)使得降落傘的溫度不斷升高，直至燒毀；開(kāi)得太晚，返回器可能來(lái)不及降到規(guī)定速度就會(huì)撞到地面。
　
　　此次任務(wù)中，五院508所的設(shè)計(jì)師首次把高度作為開(kāi)傘的控制參數(shù)。回收系統(tǒng)副主任師江長(zhǎng)虹說(shuō)，無(wú)論返回器的飛行軌跡是否偏差，在到達(dá)11公里這一預(yù)先設(shè)計(jì)高度時(shí)，回收系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出開(kāi)傘指令。
　
　　由于返回器僅重300多公斤，科技人員為它量身打造了輕小型化的回收系統(tǒng)。他們通過(guò)優(yōu)化降落傘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用先進(jìn)材料制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了與傘衣密切連接的傘繩在承受力度不變的前提下減重20％以上。為確保安全可靠，他們?cè)趶梻恪⒚搨愕拳h(huán)節(jié)上都設(shè)計(jì)了備用方案以實(shí)現(xiàn)“雙保險(xiǎn)”，對(duì)降落傘開(kāi)傘、彈出等關(guān)鍵動(dòng)作的火工品進(jìn)行了超過(guò)300件次的地面試驗(yàn)，還利用空中飛機(jī)投放、地面火箭助推等方式模擬不同的工作條件，進(jìn)行了20多次試驗(yàn)驗(yàn)證。多管齊下，確保回收成功率高于99.9％。
　
　　與神舟飛船相比，返回器往返于地月之間，將穿越地球外層空間高強(qiáng)輻射帶，使其回收系統(tǒng)降落傘受到的空間輻射達(dá)到了神舟飛船降落傘的50倍。同時(shí)，飛行器再入返回與大氣摩擦產(chǎn)生的高熱，也會(huì)給降落傘帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。為此科研人員進(jìn)行了大量空間輻射對(duì)材料性能影響的試驗(yàn)研究工作，采取了耐熱、隔熱等多種設(shè)計(jì)措施，保證回收系統(tǒng)的材料都能經(jīng)受住極強(qiáng)空間輻射和高溫考驗(yàn)。
　
　　除打開(kāi)降落傘，返回器還會(huì)啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)信標(biāo)，以便搜索。它配有兩種信標(biāo)，分別為國(guó)際救援組織通用頻率和民用頻率。
　
　　6時(shí)42分，在著陸場(chǎng)光學(xué)雷達(dá)和紅外雷達(dá)的注視下，返回器翩然而至，穩(wěn)穩(wěn)落地。（科技日?qǐng)?bào)北京11月1日電）