太空「打水漂」實現減速
很多人都試過「打水漂」，找一片薄薄的石頭或者瓦片，放低身姿，將石頭或者瓦片斜貼著水面擲出，神奇的一幕便會出現：石頭或者瓦片扎入水裡後又會快速躍出，回到空中，再扎入水裡，又回到空中……如此重複多次。這次，嫦娥五號探測器的返回器回到地球，就是在太空中打了「水漂」後回來的。
中國的這個「太空水漂」，術語叫「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，其速度會進一步降底，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，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「回家」方式就輕車熟路了。
為什麼要採用這種「打水漂」的形式回家呢？返回器從月球歸來的速度是高達每秒11.2公裡的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的太空飛行器速度大多為每秒7.9公裡的第一宇宙速度，可別小看了這每秒3公裡多的差距，太空飛行器如果以過高的速度進入大氣層，摩擦產生的劇烈高溫將帶來極大風險，因此必須解決「減速」問題。中國航天科技集團五院總體設計部的軌道設計師們，決定藉助地球大氣層這個太空飛行器再入返回的天然屏障，讓返回器在太空中瀟灑地打個「水漂」。
「返回器先是高速進入大氣層，再藉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，整個過程環環相扣，在15分鐘內完成。」五院總體設計部的嫦娥五號探測器總體主任設計師孟佔峰說。這短短15分鐘的旅行，凝結了設計師們無數的心血，一次次分析、一次次計算、一次次論證、一次次試驗……絞盡了腦汁，費盡了心思，最終成就了太空中精彩的跳躍，為探測器安全順利返回打牢了基礎。
當然，高科技加持的「太空水漂」與我們兒時在池塘邊玩耍的「打水漂」還是不同的，小時候玩的瓦片一旦投擲出去便不再可控，但返回器的「太空水漂」全過程都是可控的。五院502所為嫦娥五號配備了制導導航與控制（GNC）系統，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打開降落傘地點的最佳飛行路徑，然後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，最終使返回器「條條大路通落區」。
穿上「貼心防熱衣」降溫
返回器回家途中的另一個「攔路虎」就是高溫。
見過神舟飛船返回艙的人一定對它烏黑的外表印象深刻。這是返回艙從近地軌道返回地球時，被大氣層劇烈摩擦產生的高溫燒灼而成的。「再入的速度提高一倍，再入熱量將提高8至9倍」。中國航天科技集團五院總體設計部的嫦娥五號探測器結構分系統主任設計師董彥芝說，如此高的溫度一旦進入返回器內部，後果將不堪設想。
如何防熱、怎麼對抗燒蝕，成為必須攻克的難關。因為運載承載能力的約束，返回器的質量受到嚴格限制。科研人員在設計過程中不僅需要新型低密度防熱材料，還需要對返回器結構本身採用輕量化的設計。
為此，總體設計部防熱結構設計團隊為探測器巧妙設計了一件「貼心防熱衣」。首先，針對月球軌道返回熱環境、空間環境和重量的要求，提出了不同部位耐燒蝕和隔熱的具體需求與指標，從33種新研材料中篩選出了7種防熱材料，完成了防熱材料的布局和局部防熱結構設計，實現了我國由近地軌道再入到深空軌道再入的防熱結構設計跨越；其次，科研人員提出了三維傳熱燒蝕分析方法，採用整體變厚度、變密度，分區域、偏軸設計方案，突破了輕量化設計關鍵技術，並利用一維燒蝕分析和三維溫度場分析相結合的數值分析方法，實現了用全面的局部燒蝕試驗代替整器燒蝕試驗，為試驗任務的成功奠定了基礎。
從防熱結構設計、防熱材料成型工藝研究、焊接工藝研究，到工程樣機、結構器、熱控器、專項試驗驗證器、正樣器……嫦娥五號探測器的防熱「霓裳羽衣」精心「縫製」而成，成為其安全順利返回地球家園的生命保證。