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嫦娥五号会错降他国吗?借鉴钱学森弹道,高尖端返回绝技精准回收

科技数码 国器博士

就在嫦娥五号采集两公斤月土返回地球后,12月8日嫦娥五号的上升器接到指令,受控离开所在轨道,向着月球地面硬着陆,也就是撞月,至此上升器和对接器的使命已经完成,由于上升器落月时没有着陆器的脚架和减速功能,所以此次撞月相当于自毁,不过也减少了太空垃圾,验证了精准控制落月技术,避免对后续国际探月任务的影响。可能看到这里,我们也许会产生疑惑——嫦娥五号不是已经在返回的途中吗?

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其实嫦娥五号是由轨道器、返回器、着陆器和上升器四部分串起来组成。当嫦娥五号到达月球时,着陆器和上升器离开大本营进行软着陆,轨道器和返回舱留在月球轨道上,为着陆器提供信号传输、观测、对接等辅助。着陆器采矿完毕后,上升器携带月壤上升与轨返组合体交会对接,转移月壤至返回器内,然后上升器再次分离,当轨道器和返回器进入地月转移轨道返回地球时,才执行受控落月。

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嫦娥五号的返回航程为38万公里,预计将在本月中旬抵达地球,当轨返组合体在离地球五千公里处时,轨道器会与返回器分离,然后返回舱会借助“半弹道跳跃式”返回的方式,通过稠密的大气层。根据嫦娥五号北京总调度刘建刚的介绍,最终嫦娥五号返回舱的再入最低点为E62°N15°(东经62度北纬15度),预计将在内蒙古四子王旗周边区域着陆。那么嫦娥五号是如何精准控制返回路线、降落在指定位置的呢?携带月土的返回舱意外降落到了他国该怎么办?为什么嫦娥五号会采用东风17弹道导弹的独门绝技呢?

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当返回舱接近地球时,最高是以每秒10.9千米的速度向着地面做自由落体运动,如果不加以减速,返回舱就会承受巨大的过载和大气摩擦,最终被烧毁。但没有发动机来实现反推减速的返回舱,也只能依靠大气阻力来减速。于是为了既使返回舱达到减速又不被烧坏,航天科学家运用了一种名为半弹道跳跃式的再入返回技术,所谓再入就是多次离开大气层又重新进入大气层,俗称“水漂弹道“,最终实现减速、降温和精准降落的目的。

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而且嫦娥五号的返回弹道结合了当今世界上两种知名的导弹弹道——桑格尔弹道和钱学森弹道,要提醒一点的是,水漂弹道并不是直接等于钱学森弹道,而且弹道导弹是为了飞的更远,嫦娥五号是为了实现减速降温。最初的弹道导弹设计时想要打得更远,采用的是传统弹道,也就是弹头离开大气层一次,然后返回一次。

而在钱学森弹道之前,奥地利科学家桑格尔在1941年提出了桑格尔弹道,这种弹道可以多次飞出大气层,多次再入大气层,实现更远的飞行距离。但由于导弹飞出大气层后,弹头难以受到控制。于是之后我国科学家钱学森在此基础上提出了钱学森弹道,也就是仅飞出大气层一次,再入返回时,飞行器不再飞出大气层,而是在大气层中一直滑行,东风17的滑翔弹头运用的就是钱学森弹道。

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而嫦娥五号返回舱在进入大气层时,前一段减轨迹采用的是桑格尔弹道,而后半程则是使用的钱学森弹道,最终实现返回舱的减速降落,而上文提到的再入最低点,就是返回舱最后一次进入大气层时的最低位置。

美国和苏联在上世纪60年代末就掌握半弹道再入式技术,自此之后的半个多世纪,没有任何国家能够攻克这种高尖端的航天器返回技术。而在2014年我国借助“嫦娥五号T1“飞行实验器,成功验证了半弹道式返回技术,而且将落点误差控制在了一公里内,这也让我国成为继美苏后第三个掌握该技术的国家,为如今嫦娥五号返回、后续载人登月提供了技术基础。

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虽然嫦娥五号返回速度极快,但在第一次再入时,在指定弹道上只允许0.4度的误差,差之毫厘失之千里,如果再入角偏小嫦娥五号就不能回到地球,如果偏大,就不能顺利弹出大气层。为了最终使返回舱顺利返回地面,除了半弹道返回、轨道修正和精准操纵外,回收人员还会借助跟踪测量、标位测量等一系列设备,辅助嫦娥五号精准降落。

但万一返回舱错降他国怎么办?其实这种可能几乎没有,因为我们已经是该领域的资深玩家,技术熟练程度高,如果非要从理论上假设这种情况,其实也不用多虑。因为根据《外层空间条约》的国际规定,凡是返回地球的外层空间飞行器,都应该在缔约国出示证明资料后,返还给缔约国。所以假设嫦娥五号落入其他国家,他们也会将返回舱归还给我国。

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