嫦娥五号“太空水漂”背后的航天科技

中国日报12月17日电（记者 赵磊）“打水漂”是一种古老而有意思的游戏，嫦娥五号返回器就是采用这种类似“打水漂”的形式返回地球的，嫦娥五号的返回是我国打出的第二个“太空水漂”，第一个是在嫦娥五号飞行试验器上实现的，那次任务是为此次任务做的技术探索，中国航天科技集团五院502所是嫦娥五号“太空水漂”技能的“制造”者。那么它是如何实现的呢？记者从502所获悉，此前中国发射了20余颗返回式卫星，回收了11艘神舟系列飞船和新一代载人飞船，嫦娥五号飞行试验器更是近乎1:1地验证了我国月地之间的“打水漂”式太空返回技术，也甚为航天人和国人所自豪。其实，相较于地球轨道，如神舟飞船约第一宇宙速度的返回，从月球到地球的返回最大的区别就是速度，嫦娥五号是携带月壤以接近第二宇宙速度，即约30多倍音速的高速返回地球的，“打水漂”就是为了让返回器在大气层中的飞行和再次升高的过程中消耗足够多的能量，从而把速度降下来。据介绍，中国的这个“太空水漂”，术语叫“半弹道跳跃式返回”，即在返回器第一次进入大气层一定“深度”并滑行一定距离后，调整返回器姿态，使其再次升高，随着返回器的升高，其速度会进一步降底，在降到第一宇宙速度以下时返回器便不再满足成为一颗地球卫星的基本条件而再次开始下落，然后以类似神舟飞船的返回过程返回地球，后面的过程就轻车熟路了。那么，为什么要采用这种“打水漂”的形式呢？“打水漂”是为了借大气层的东风，利用大气的阻力和大气与返回器的摩擦消耗返回器的动能。据悉，从返回器第一次进入地球大气层算起到落地，其要在风驰电掣和大起大伏的状态下飞行六七千公里。当然，高科技加持的“太空水漂”与儿时在池塘边玩儿的“打水漂”还是不同的，小时候玩儿的瓦片儿一旦甩出便不再可控，但中国的“太空水漂”全过程都是可控的，只不过这种控制是由返回器自己来完成，在六七千公里的飞行过程中，在允许的偏差范围内，嫦娥五号返回器可以自由地飞翔，那么，返回器是如何实现过程中的“差之毫厘”而结果不会“谬以千里”呢？这就要靠502所为嫦娥五号配配备的制导导航与控制（GNC）系统了。N（Navigation），即导航，高精度导航设备可以在茫茫宇宙中实时获取自身的位置、速度等信息； G(Guidance)，即制导，返回器中的计算机会根据当前的位置和速度信息，结合落点位置进行制导处理，自动规划出一条从返回器当前位置到开伞点的最佳飞行路径；C（Control），即控制，通过向安装在返回器外的发动机发送喷气控制指令，调整返回器姿势，使返回器沿着规划出的轨迹飞行。G、N、C协同工作就可以使返回器“条条大路通落区”。当然，讲起来容易做起来难，为了实现“顺利跳起，准确着陆”的目标，科研人员面对挑战勇于承担，在返回器GNC系统的研制过程中已完成了无以计数的模拟飞行试验，并模拟了上百万条飞行路线，可以肯定地说，返回器最终的飞行轨迹虽然不会和那百万条中的任一条相同，但也肯定无出其右。