副總設計師解讀「嫦五」回程:回家路上不「剎車」 帶「手機」確保...

2020-12-11 東方財富網

原標題：副總設計師解讀「嫦五」回程：回家路上不「剎車」 帶「手機」確保地面通信

　　嫦娥五號任務中，攜帶樣品以接近第二宇宙速度返回地球的返回器對任務成敗至關重要。嫦娥五號探測器再入返回設計繼承了飛行試驗器的設計，任務的再入航程與飛行試驗器基本一致，但裝有月壤的樣品容器重量有一定的不確定性。為此，航天科技集團五院嫦娥五號探測器的設計師們創新提出了半彈道跳躍式再入返回技術方案，整個再入返回過程就是讓返回器先高速進入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然後再以第一宇宙速度扎入大氣層，返回地面。嫦娥五號探測器副總指揮張玉花昨天接受採訪時介紹，嫦娥五號返回過程同樣面臨各種挑戰。

　　不「剎車」為節省燃料

　　12月6日凌晨，嫦娥五號已經進行了非常重要的一步——上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接。這是嫦娥五號返回非常關鍵的一步。因為只有對接成功，月球樣品才能轉移到返回器中。由於距離達到38萬公裡，地控人員無法利用衛星對其進行幹預，它們的交互對接只能依靠自己控制。

　　如今，嫦娥五號已經進入此次任務的最後一個階段，即再入返回回收階段。簡單來說，嫦娥五號返回器與軌道器分離後，軌道器進行規避機動，返回器則要經歷慣性滑行、地球大氣層再入、回收著陸三個步驟完成最後的降落。返回器首先以第二宇宙速度衝向地球，在進入地球大氣層後，通過半彈道跳躍式再入返回技術重新跳出大氣層，再以第一宇宙速度進行降落，最終返回器打開降落傘，降落在預定地點。

　　張玉花介紹，當返回器帶著樣品返回的時候，在地球引力的作用下，返回器可以達到第二宇宙速度，也就是11.2公裡/秒。如果繼續以這樣的速度返回地球，返回器和樣品要承受高溫和過載等多重挑戰。所以為了保證它們的安全，嫦娥五號將採用半彈道跳躍的再入方式返回地面。實際上早在2014年，我國曾成功完成了探月工程三期的再入返回飛行試驗，該實驗作為嫦娥五號任務的開路先鋒，為嫦娥五號的順利返回奠定了技術基礎。但對嫦娥五號任務而言，返回途中也將面對很多新的挑戰。

　　張玉花告訴記者，軌道器和返回器組合體的這次回程和出發的時候有所不同，不會實行近地制動，也就是不減速，直接拋出返回器，以11.2公裡/秒的第二宇宙速度衝向大氣層。嫦娥五號去程時有近月制動環節，快到月球時採用發動機反向噴射原理減速，也就是「踩剎車」，這樣月球引力就能捕獲嫦娥五號，使其進入環月軌道，繞著月球飛行。當然，如果嫦娥五號返回器返回地球也用這種方式，自然是最保險的。但那樣一來，在發射階段嫦娥五號勢必就要攜帶更多的燃料，而且還要帶回來用於近地制動使用，那樣嫦娥五號的自重就不止8.2噸了。要知道，這次任務為了給嫦娥五號減重，科研人員可是花了大力氣的。

　　張玉花表示，嫦娥五號採用半彈道跳躍式返回地球，可以節省很多燃料，但其風險和挑戰也會增加不少。這種方法實際上有點像「打水漂」。當返回器躍出大氣層到達一定高度後，由於地球引力作用，返回器會以自由落體方式重回大氣層，等返回器的速度減到第一宇宙速度後，其回程所面臨的過載和高溫等挑戰就會小一些。

　　但採用這種返回方式對地面的控制技術要求非常高。必須精準地控制進入地球大氣層的角度，如果角度過大，返回器就飄不起來，就好比「打水漂」時，石子角度如果過大就會一頭扎入水底，起不到「打水漂」的效果，一旦返回器速度過快，其危險不言而喻；而如果進入的角度過小，返回器有可能就「漂」遠了。

　　為「嫦娥」配備「手機」

　　因為嫦娥五號的返回之路挑戰重重，所以在這次任務中，航天科技集團九院(下稱九院)為嫦娥五號「量身定做」了一批高質量電子元器件，將為嫦娥五號的返程途中提供保障。

　　九院13所雷射導航公司和時代光電公司為「嫦五」飛天提供了慣性組合器件。雷射導航公司的CEPK系列雷射慣組在探測器月面著陸、月面起飛、交會對接、攜帶樣本高速載入返回地球等各項操作提供實時、連續的姿態速度位置信息；時代光電公司的兩臺光纖慣組分別安裝於探測器的著陸上升組合體和返回器中。其中，著陸上升組合體光纖慣組主要用於測量載體相對於慣性空間的角速度和加速度，全程參與中國航天史上首次月面起飛及月球臨近空間的交會對接任務；返回器光纖慣組用於測量載體相對於慣性空間的角速度和加速度，全程參與返回器高速再入地球大氣時的慣導解算，助力返回器的精準落地和回收，為發射任務的圓滿成功提供了堅實保障。

　　而九院539廠共為嫦娥五號探測器配備了27臺配套產品和9個FPGA配置項，具體來說，該廠為上升器配套了上升器X頻段測控子系統，為探測器返回器配套了S頻段應答機，為探測器軌道器配套了軌道器X頻段應答機。這些產品有力地幫助「嫦五」實現了各種工作模式下的衛星與探測器之間的測控通信，助力實現首次在月球表面自動採樣、首次月面起飛、首次在月球軌道上實現無人對接。其中，返回器S頻段應答機作為「嫦五」採樣返迴路上的唯一測控通信工具，為「嫦五」採集月面土壤後再入返回地球保駕護航，指引探測器回家，相當於為嫦娥五號配備了一部「手機」。應答機主管設計師王文偉介紹，此次應答機產品體積、重量、功耗等關鍵指標遙遙領先於國內同類產品，與常規的低軌衛星測控產品相比，靈敏度提高了100倍。

（文章來源：廣州日報）

(責任編輯：DF522)

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