作者：郭超凱
12月17日凌晨，嫦娥五號返回器以“太空打水漂”的形式返回地球，成功著陸在內蒙古四子王旗預定區域，中國首次月球採樣返回任務取得圓滿成功。
“打水漂”是中國一種古老而有意思的遊戲，嫦娥五號的返回是中國打出的第二個“太空水漂”，第一個已在探月三期再入返回飛行試驗器上實現。記者採訪航天專家，揭秘中國第二個“太空水漂”是如何完成的？
12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，採用半彈道跳躍方式再入返回，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。圖片來源：新華網 新華社記者 任軍川 攝
此前，中國發射了20餘顆返回式衛星，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器更是近乎1:1地驗證了中國月地之間的“打水漂”式太空返回技術。
其實，相較於地球軌道，從月球到地球的返回最大的區別就是速度，嫦娥五號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。“打水漂”就是為了讓返回器在大氣層中的飛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。
中國的這個“太空水漂”，準確來說應該叫“半彈道跳躍式返回”，即在返回器第一次進入大氣層一定“深度”並滑行一定距離後，調整返回器姿態，使其再次升高。隨著返回器的升高，其速度會進一步降低，在降到第一宇宙速度以下時返回器便不再滿足成為一顆地球衛星的基本條件而再次開始下落，然後以類似神舟飛船的返回過程返回地球，後面的過程就輕車熟路了。
嫦娥五號返回地球為何要採用“打水漂”的形式？中國航天科技集團五院502所專家介紹稱，“打水漂”是為了借大氣層的東風，利用大氣的阻力和大氣與返回器的摩擦消耗返回器的動能。據悉，從第一次進入地球大氣層到落地，嫦娥五號返回器要在“風馳電掣”和“大起大伏”的狀態下飛行六七千公裡。
當然，高科技加持的“太空水漂”與兒時在池塘邊玩兒的“打水漂”還是不同的，小時候玩兒的瓦片兒一旦甩出便不再可控，但嫦娥五號的“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。在六七千公裡的飛行過程中，在允許的偏差範圍內，嫦娥五號返回器可以“自由飛翔”。那麼，返回器是如何實現過程中的“差之毫釐”而結果不會“謬以千裡”？這就依靠502所為嫦娥五號配配備的制導導航與控制(GNC)系統。
502所專家介紹道，所謂GNC系統，G(Guidance)即制導，返回器中的計算機會根據當前的位置和速度信息，結合落點位置進行制導處理，自動規劃出一條從返回器當前位置到開傘點的最佳飛行路徑；N(Navigation)即導航，高精度導航設備可以在茫茫宇宙中實時獲取自身的位置、速度等信息；C(Control)即控制，通過向安裝在返回器外的發動機發送噴氣控制指令，調整返回器姿勢，使返回器沿著規劃出的軌跡飛行。G、N、C協同工作就可以使返回器“條條大路通落區”。
為了實現“順利跳起、準確著陸”的目標，科研人員在返回器GNC系統的研製過程中已完成數以萬計的模擬飛行試驗，並模擬了上百萬條飛行路線。502所專家表示，雖然嫦娥五號返回器最終的飛行軌跡不會和那百萬條中的任一條相同，但也肯定“無出其右”。
來源：中國新聞社
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