嫦娥五號帶著月壤就要返回地球了。6年前，我國曾發射一顆太空飛行器，驗證嫦娥五號「打水漂」再入返回的關鍵技術，完成了一次低調的重要旅行。今天分享《中國航天報》的一篇舊文，看嫦娥五號將如何——歸來。
現在的四子王旗
歸來
探月「嫦娥」第一次回家
（2014年11月1日）
1、似是故人來
太陽照常升起前，背著紅白條紋相間的降落傘，「嫦娥」飄飄悠悠地下落，就快回家了。
和8天前離家時相比，中國探月工程三期再入返回飛行試驗返回器「容貌」似乎沒變，但在空中時外表會不時脫落一些碳層，因為再入時剛經受了超過2000度的高溫燒蝕。
11月1日的清晨，天氣寒冷。返回器在內蒙古四子王旗縣城的北部草原著陸。這是「嫦娥」系列太空飛行器的第一次返回。作為探月工程三期的試驗器，它的任務是模擬後續嫦娥五號探測器飛行過程和驗證返回的一系列關鍵技術，為探月工程三期「回」的任務目標奠定基礎。
「終於回來了。」有的搜尋人員喃喃自語。他們已經等了很久，來自中國航天科技集團的回收試驗隊，在10月7日就已經進駐四子王旗。
試驗隊隊長張正峰是飛行試驗器的總體主任設計師。他回憶，研製隊伍裡不少隊員從2011年初春開始，就晝夜不分地開展試驗飛行器的研製工作。如今，短暫離別後再次相見，整個飛行試驗任務也就剩回收這「最後一哆嗦」了。
現場，有些人員是初見返回器。大家的第一直觀感受是：外表酷似鐘罩，像神舟飛船的返回艙。「嫦娥」第一次回家，似是故人來。
重300多公斤的返回器從外觀上看是神舟飛船返回艙的「迷你版」，尺寸是後者的二分之一，體積只有八分之一，但其回收搜索區域（長190公裡、寬110公裡的矩形）面積卻是後者的7倍，相當於49個北京海澱區。
約6點31分，返回器在距地面高度10公裡時自動彈出降落傘，傘花在灰濛濛的天上盛開。
「返回器上安裝了靜壓高度計，通過感知大氣氣壓識別高度，再執行彈傘艙蓋的指令。」返回器回收分系統副主任設計師張宇介紹，面積50平方米的主降落傘比神舟飛船1200平方米的降落傘小了不少，但材料的耐溫、抗輻射性能卻有過之而無不及。
降落傘彈出的同時，天線拉出，返回器上信標機開始發送位置信號。漫漫回家路，只差最後一步。此時，返回器從印度洋上空第一次進入大氣層開始，整個再入航程比我國領土的東西最長距離5200公裡還要長1000多公裡。
「返回器彈傘艙蓋，搜索開始。」電臺裡傳出指令。早已集結待命的20多輛越野汽車相繼出發。車隊綿延數裡，紅色和橘黃的車燈交織閃爍，照亮了草原。
2、曲折回家路
黎明的寧靜，在搜索車隊出發前半小時就被打破。
四子王旗大廟場區停機坪上，5架直升機的發動機轟隆作響，與螺旋槳高速旋轉切割空氣發出的富有節律的聲音混在一起，別有一番韻律。
從北京航天飛行控制中心得知，飛行試驗器在太空中實現服務艙和返回器分離後，搜索直升機便先於車隊啟動，飛往搜索區域上空，以著陸點為中心，呈四角分布之勢。代號「雄鷹」的指揮直升機和一架通信直升機在一角，另外三架搜索直升機分列其他三角。
艙器分離是返回器「再入返回」的開始。接下來的這段旅途，堪稱本次任務最關鍵、最受關注的一段航程——
返回器從距地球5000公裡的廣袤太空中，以每秒約10.66公裡的速度滑行進入大氣層，通過自主調整姿態，藉助升力再「跳」出大氣層，然後再第二次「躍」入大氣層，直到下降到開傘高度。這意味著它將兩次進入會屏蔽電磁波的黑障區（地球上空35公裡～80公裡的大氣層間），與外界失去無線電聯繫。
這種半彈道跳躍式再入返回方式，被形象地比喻成「打水漂」，意在模擬未來嫦娥五號探測器返回地球。
為什麼要採用這種方式返回？
由於月地轉移軌道高度的原因，返回器飛行速度遠大於每秒7.8公裡的第一宇宙速度。倘若採用「彈道式再入」（單調下降的飛行路線，類似於拋物線下落軌跡），「過高的再入速度，可能會導致超過10個重力加速度的高過載，還有較高的熱流。」張正峰解釋，雖然返回器中沒有人，但從結構強度和防熱的要求分析，整個系統也可能承受不了，畢竟受火箭運載能力的限制，返回器不能一味地增大、增重。
而選擇「跳躍式再入」，可用較小的再入角，斜向下進入大氣層，依靠迎面的大氣阻力產生的向上分力即氣動升力，提升高度。衝出大氣層後，做一段彈道式飛行，再進入大氣層（也可以多次出入大氣層），每進入一次，都可利用大氣阻力進行一次減速。
以這樣的方式返回，飛行距離和時間明顯拉長，對於落點的調整就有了很大餘地，可使返回器儘量落到理想著陸區域。歷史上，以接近第二宇宙速度（每秒11.2公裡）再入大氣層的太空飛行器不少採用「跳躍式返回」。資料顯示，蘇聯的探測器6號自動站和美國阿波羅月球飛船都是這樣返回地球的。
返回器在大氣層內下降也好、上升跳出大氣層也好，都不是嚴格意義上的彈道軌跡。返回器結構與機構分系統主管設計師楊昌昊說：「這個時候，返回器因為離地球越來越近，速度又快，無法接受地面測控人員『指揮』，只能自主進行導航。其具備的跳躍式返回再入GNC（制導、導航與控制）技術，將保證返回器自主調整姿態和航向，以便落入理想的著陸區域。其間，或『低頭』、或『抬頭』，還可以往順時針或逆時針方向做滾轉。」
此外，要確保返回器再入返回成功，防熱技術也是關鍵。據張正峰介紹，高速進入大氣層後，返回器面臨的峰值熱流密度、總加熱時間、總加熱量等一系列數據，都是神舟飛船返回時的2～3倍。「通俗一點講，得經受超過2000度高溫的長時間燒蝕。」
從2011年開始，五院總體部的研製團隊就開始攻關防熱技術，給「嫦娥」製作「外衣」。楊昌昊回憶起耗時1年半的「選材」經歷：做了近300種地面試驗，近30種風洞試驗，試用了近百種材料……最終邁過了這道坎，同時實現了防熱材料的完全國產化。
3、輪番上陣忙
「雄鷹」還在草原灰暗的上空盤旋，等待搜索目標的出現。
直升機和汽車上的電臺不時發出「嗞嗞」的聲音，不斷傳出的指令聲，讓搜索人員屏氣凝神——
「各號注意，返回器第一次出黑障」；
「返回器第二次出黑障」；
「返回器彈傘艙蓋，搜索開始」；
「收到信標信號，定向穩定」；
「直升機目視返回器乘傘下降」。
6點42分，返回器乘傘順利著陸，因為氣溫降至零下的草原地表已經結凍，算是「小小地磕了一下」。
返回器落地時向下的速度只有13米/秒，比剛踏上返程那會兒的速度慢了數百倍。「它的外表結構足夠堅硬，不用配備反推發動機，也能經受住著陸的衝擊。」楊昌昊說。
搜索直升機陸續抵達著陸點後，剛停穩，回收試驗隊裡負責技術協調的金晟毅便迅速跳出機門，成為第一個與首次回家的「嫦娥」面對面的人。
觀察返回器外觀時，帶上防毒面具的他和試驗隊員孫水生要重點檢查推進劑是否洩漏。這種推進劑的成分是無水肼，屬於有毒的易燃液體，確保其無洩漏後，回收試驗隊的各項處置程序開始有序進行。
先是楊昌昊掏出一把酷似「手槍」的雷射測溫儀，扣動扳機，測量返回器表面溫度。確保溫度適宜隊員操作後，試驗隊員如車輪戰一般輪番上陣：切斷降落傘、火工品工作狀態檢查、斷電、推進系統洩壓及排出、結構掃描、給返回器穿罩衣（又稱「星衣」）、起吊。
這支16人的試驗隊，有7人來自五院總體部，還有來自該院總裝與環境工程部、502所、508所以及一院102所的科研人員。除張正峰9年前參加過一次返回式衛星的回收任務外，其餘人員都是第一次參加太空飛行器現場回收任務。
這些「新手」們在回收場進行了4次1：1的全過程演練，還準備了10份與返回器搜索處置有關的預案，包括返回器主傘未能打開、風大條件下返回器被拖拽、無水肼洩漏、吊具不能安裝、天線蓋未正常彈開、返回器落入水中、氣候條件惡劣等。雖然這些都是小概率事件，但每份預案都有著詳細的故障判斷、預案分析、處置程序、故障處置保障條件。
「大家精心準備了一個月，現場工作流程已爛熟於心，操作必須老練。」試驗隊副隊長韓璐說。記者親眼目睹，102所的鄭明珠和郭力振使用可攜式雷射掃描儀模擬進行結構掃描時，被張正峰要求某些動作精確到5秒內完成。
保證回收工作高質量完成，除了精心細緻的準備，還源於他們的敬業。試驗隊有一部分隊員前期在西昌衛星發射中心工作了兩個月，發射結束後又匆匆趕到回收場。返回器總體總裝主管設計師逯運通這3個月瘦了10斤，帶病到達四子王旗後，還打了兩天的點滴。
「這些年，返回器就是我一天天看著研製完成的。」他也感慨工作節奏很快，即使自己老家在與北京接壤的河北香河，一年也只回了兩趟。
4、探月新開始
經過回收試驗隊兩個多小時的處置後，返回器披上「星衣」，被直升機吊運至朱日和機場進行後續處置，並將乘運輸機飛回北京，交付五院。
11月1日在中國航天史上是個好日子。神舟八號載人飛船在2011年11月1日成功發射，中國成為世界上第三個獨立完全掌握空間自動交會對接技術的國家；3年後的同一天，探月工程三期再入返回飛行試驗任務圓滿收官，探月工程三期在2011年經國務院正式批覆立項之後收穫了第一次成功，離2020年前依次完成繞月探測、落月探測和無人採樣返回探測的總目標又邁進了一步。
剛回家的返回器在晨暉下「露面」幾小時後，又漸漸消失於人們的視線裡。而在幾千公裡外的太空，以嫦娥二號衛星平臺為基礎進行適應性改進設計的服務艙，將迎來新的拓展任務——為計劃在2017年發射的嫦娥五號探測器再「探一探去路」。
兩者曾攜手穿行於地月間，如今一去一回，後會無期。著名的Suede樂隊曾這樣唱到：「The stars that shine in the open sky will say：everything will flow。」（天空中的閃亮繁星在訴說，一切終將逝去）。
但逝去，也意味著新的開始。
原標題：《黎明破曉前，嫦娥五號將這樣回家》
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