光明日報記者 陳海波 光明日報通訊員 常豔玲 高 超
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。新華社記者 連振攝
自從2020年11月24日發射以來，嫦娥五號經歷了地月轉移、近月制動、環月飛行、月面軟著陸、月球採樣、月面起飛、月球軌道交會對接與樣品轉移、月地轉移、再入地球等環環相扣的太空旅程，終於在12月17日1時59分，於內蒙古四子王旗預定區域成功著陸，安全回家。
回家之旅，嫦娥五號經歷了哪些？誰在為它保駕護航？
天外：「打水漂」進入大氣層
嫦娥五號再入地球，採用的方案叫「半彈道跳躍式」，俗稱「打水漂」。為什麼要「打水漂」進入地球？
原來，嫦娥五號從月球返回進入地球，速度達到11.2千米/秒，接近第二宇宙速度。與之相比，從地球軌道進入地球，速度為7.9千米/秒（即第一宇宙速度）。在如此高的速度下，嫦娥五號穿過大氣層進入地球，受到的力和熱的影響可想而知。
「採用跳躍式，通過兩次再入地球，增大航程增加再入時間，使得力的衝擊降低，熱的影響也降低。」國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設計師、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇解釋。
此外，裴照宇解釋，採用半彈道式，就是以初始的再入速度、姿態、再入角等作為再入的初始條件，通過升力控制實現對飛行軌跡的航向控制和俯仰控制，這樣就可以更準確地落在預定著陸地點。所以，半彈道跳躍式再入解決了落點精度問題和再入過程的力的影響、熱的影響問題。
「我們平時都玩過打水漂，用一個片石打在水面上，在進入水面之後，片石會彈起，然後重力又會讓它再一次進入水面以下。」裴照宇說，嫦娥五號返回器也大概是這個過程，它第一次進入大氣後，大氣會給它提供一定升力，使返回器又從大氣層中出來，進入到大氣層外，然後重力又會使它再次進入大氣層，這就是我們所說的「打水漂」。
地面：搜索難度比搜索神舟飛船返回艙時大
「打水漂」的返回方式讓嫦娥五號可以更安全地著陸，但這個操作的控制難度非常大，導致返回器著陸和回收區的範圍也增大。「嫦娥」降落的四子王旗著陸場，曾多次執行神舟飛船返回艙搜索回收任務。與神舟飛船相比，嫦娥五號返回器的體積只有飛船返回艙的約1/7，著陸面積卻是神舟飛船的16倍，搜索難度要大得多。
擔負此次搜索任務的是中國酒泉衛星發射中心搜索回收分隊，他們事先進行了多次貼近實戰的訓練演練。搜索人員還從技術上採取了很多措施，比如將雷達的測量數據經過處理送到直升機和搜索車輛上，引導直升機和車輛搜索接近返回器。
四子王旗著陸場區地勢廣闊，氣候變化莫測。如果返回器著陸當天遭遇降雪天氣，空中搜索分隊直升機很有可能無法起飛實施搜索救援。為了給上級指揮決策提供精準的氣象數據支持，酒泉衛星發射中心氣象分隊結合近30年的歷史資料，重點對西伯利亞寒流影響、降水量等重要指標進行監測。
除了降雪天氣，能否準確預測風向和風速，對搜索工作影響極大。如果風速過大，返回器極有可能飄出指定著陸區域，增加搜救難度。「由於風力對降落傘的影響，返回器可能會偏移幾十甚至上百千米。我們要隨時根據風力和風向變化情況，通過計算，形成上報結論，確保指揮部形成一個較為精準的落點預報。」據酒泉衛星發射中心氣象室副主任康林解釋。
為了保障好此次任務，氣象分隊提前3個月進駐著陸場區，每天24小時不間斷觀測地面至高空25千米的溫度、溼度、壓力、風向、風速等氣象數據，每日零點釋放高空探測氣球。
空中：天鏈二號01星提供信息傳輸支持
記者從北京空間信息傳輸中心了解到，在此次著陸場搜救任務中，天鏈二號01星建立起搜救空中分隊通信直升機與北京航天飛行控制中心的信息傳輸鏈路，實現了圖像、話音、調度等業務數據的實時傳輸，為搜救任務圓滿成功奠定堅實基礎。
在此次任務前，北京空間信息傳輸中心根據著陸場指揮部安排，通過手動輸入嫦娥五號理論著陸坐標點進行相關狀態配置，配合進行了多次著陸場任務演練，並提前加載任務操作計劃，設置初始指向經緯度等相關參數。
據任務總體工程師秦銘介紹，在搜救人員登機之前，他們的通信操作崗位已經根據調度指揮口令開通直升機調度，在搜救任務過程中，我們則要監視鏈路保持情況，仔細觀察光學吊艙圖像傳輸情況。崗位人員必須足夠認真細緻，根據直升機的實時位置，來判斷是否需要調整天線指向，確保搜救信息傳輸暢通。
「23天前，我們也是在這個大廳通過天鏈衛星為長徵五號遙五運載火箭提供天基測控服務，順利將『嫦娥』送出去之後，我們也要圓滿地將她迎回來。」此次任務的調度指揮高泉說。
海上：遠望3號護送「嫦娥」穿越「黑障區」
除了天上和地面，海上也有人在為「嫦娥」回家保駕護航。嫦娥五號返回器高速進入大氣層時，會與大氣摩擦進入「黑障區」（飛行器以很高的速度返回大氣層時，在一定高度區域與地面的通信聯絡會中斷，這個中斷聯絡的區域就是黑障區）。這時，遠在印度洋的中國衛星海上測控部所屬的遠望3號船承擔了遙測、外測、光學測量服務。
據遠望3號船總調度員張煒介紹，遠望3號船S頻段統一測控設備在返回器進入「黑障區」前短暫的100秒窗口內第一時間發出調姿指令；光電經緯儀承擔了返回器光學跟蹤任務，直觀的提供了返回器飛行影像信息；單脈衝雷達主要負責返回器「黑障區」外測任務，為全區提供可靠的測量數據，是返回器進入大氣層接力測控的「第一棒」，也是整個測控支持系統中的重要環節。
專家解釋，返回器在「黑障區」中只能通過船載單脈衝雷達和光電經緯儀進行捕獲跟蹤，看似只有短暫的3分鐘，但測控的難度超乎想像。
「光學跟蹤設備好比用肉眼通過望遠鏡尋找天空中高速飛行的流星，捕獲難度很大。而船上搭載的單脈衝雷達搜索波束比較窄，加上返回器上無天地應答信號，雷達需利用等離子殼反射信號進行跟蹤，等離子殼表面非常不規則，反射信號起伏非常巨大，這些都給目標搜索捕獲及穩定跟蹤帶來了巨大挑戰。我們的科技人員頂住壓力，圓滿完成了所有步驟，為任務的圓滿成功作出了應有貢獻。」中國衛星海上測控部總體技術室工程師王二建說。
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《光明日報》（ 2020年12月18日 01版）
來源：光明網-《光明日報》