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嫦娥五號會錯降他國嗎?借鑑錢學森彈道,高尖端返回絕技精準回收

科技數碼 國器博士

就在嫦娥五號採集兩公斤月土返回地球後,12月8日嫦娥五號的上升器接到指令,受控離開所在軌道,向著月球地面硬著陸,也就是撞月,至此上升器和對接器的使命已經完成,由於上升器落月時沒有著陸器的腳架和減速功能,所以此次撞月相當於自毀,不過也減少了太空垃圾,驗證了精準控制落月技術,避免對後續國際探月任務的影響。可能看到這裡,我們也許會產生疑惑——嫦娥五號不是已經在返回的途中嗎?

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其實嫦娥五號是由軌道器、返回器、著陸器和上升器四部分串起來組成。當嫦娥五號到達月球時,著陸器和上升器離開大本營進行軟著陸,軌道器和返回艙留在月球軌道上,為著陸器提供信號傳輸、觀測、對接等輔助。著陸器採礦完畢後,上升器攜帶月壤上升與軌返組合體交會對接,轉移月壤至返回器內,然後上升器再次分離,當軌道器和返回器進入地月轉移軌道返回地球時,才執行受控落月。

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嫦娥五號的返回航程為38萬公裡,預計將在本月中旬抵達地球,當軌返組合體在離地球五千公裡處時,軌道器會與返回器分離,然後返回艙會藉助“半彈道跳躍式”返回的方式,通過稠密的大氣層。根據嫦娥五號北京總調度劉建剛的介紹,最終嫦娥五號返回艙的再入最低點為E62°N15°(東經62度北緯15度),預計將在內蒙古四子王旗周邊區域著陸。那麼嫦娥五號是如何精準控制返回路線、降落在指定位置的呢?攜帶月土的返回艙意外降落到了他國該怎麼辦?為什麼嫦娥五號會採用東風17彈道導彈的獨門絕技呢?

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當返回艙接近地球時,最高是以每秒10.9千米的速度向著地面做自由落體運動,如果不加以減速,返回艙就會承受巨大的過載和大氣摩擦,最終被燒燬。但沒有發動機來實現反推減速的返回艙,也只能依靠大氣阻力來減速。於是為了既使返回艙達到減速又不被燒壞,航天科學家運用了一種名為半彈道跳躍式的再入返回技術,所謂再入就是多次離開大氣層又重新進入大氣層,俗稱“水漂彈道“,最終實現減速、降溫和精準降落的目的。

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而且嫦娥五號的返回彈道結合了當今世界上兩種知名的導彈彈道——桑格爾彈道和錢學森彈道,要提醒一點的是,水漂彈道並不是直接等於錢學森彈道,而且彈道導彈是為了飛的更遠,嫦娥五號是為了實現減速降溫。最初的彈道導彈設計時想要打得更遠,採用的是傳統彈道,也就是彈頭離開大氣層一次,然後返回一次。

而在錢學森彈道之前,奧地利科學家桑格爾在1941年提出了桑格爾彈道,這種彈道可以多次飛出大氣層,多次再入大氣層,實現更遠的飛行距離。但由於導彈飛出大氣層後,彈頭難以受到控制。於是之後我國科學家錢學森在此基礎上提出了錢學森彈道,也就是僅飛出大氣層一次,再入返回時,飛行器不再飛出大氣層,而是在大氣層中一直滑行,東風17的滑翔彈頭運用的就是錢學森彈道。

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而嫦娥五號返回艙在進入大氣層時,前一段減軌跡採用的是桑格爾彈道,而後半程則是使用的錢學森彈道,最終實現返回艙的減速降落,而上文提到的再入最低點,就是返回艙最後一次進入大氣層時的最低位置。

美國和蘇聯在上世紀60年代末就掌握半彈道再入式技術,自此之後的半個多世紀,沒有任何國家能夠攻克這種高尖端的航天器返回技術。而在2014年我國藉助“嫦娥五號T1“飛行實驗器,成功驗證了半彈道式返回技術,而且將落點誤差控制在了一公裡內,這也讓我國成為繼美蘇後第三個掌握該技術的國家,為如今嫦娥五號返回、後續載人登月提供了技術基礎。

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雖然嫦娥五號返回速度極快,但在第一次再入時,在指定彈道上只允許0.4度的誤差,差之毫釐失之千裡,如果再入角偏小嫦娥五號就不能回到地球,如果偏大,就不能順利彈出大氣層。為了最終使返回艙順利返回地面,除了半彈道返回、軌道修正和精準操縱外,回收人員還會藉助跟蹤測量、標位測量等一系列設備,輔助嫦娥五號精準降落。

但萬一返回艙錯降他國怎麼辦?其實這種可能幾乎沒有,因為我們已經是該領域的資深玩家,技術熟練程度高,如果非要從理論上假設這種情況,其實也不用多慮。因為根據《外層空間條約》的國際規定,凡是返回地球的外層空間飛行器,都應該在締約國出示證明資料後,返還給締約國。所以假設嫦娥五號落入其他國家,他們也會將返回艙歸還給我國。

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