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巧擒两大“拦路虎” 嫦娥五号月球采样荣耀归来

张楷欣

2020-12-27 00:00:48

　　中新网北京12月17日电题：巧擒两大“拦路虎” 嫦娥五号荣耀归来

　　作者郭超凯庞丹

　　12月17日，“采撷月壤”的嫦娥五号荣耀归来，稳稳着陆在内蒙古四子王旗，中国首次月面自动采样返回任务取得圆满成功。

　　要想让嫦娥五号安全顺利返回地球，速度和温度是要解决的两大难题，这两只“拦路虎”是决定成败的关键因素。记者采访航天专家，揭秘嫦娥五号如何巧擒这两大“拦路虎”。

　　擒速度“拦路虎”：太空中“打水漂”

　　与嫦娥一号、二号、三号、四号4位“姐姐”相比，嫦娥“五姑娘”无疑是个幸运儿，因为执行自动采样返回任务而拿到了一张珍贵的地月旅行“往返票”。

　　说这张“往返票”弥足珍贵一点都不为过。截至目前，世界上只有美国、前苏联的航天器以及中国探月三期再入返回飞行试验器开展过绕月再入返回试验。资料显示，国外的再入航天器共有三类：弹道式再入航天器、弹道-升力式再入航天器和升力式再入航天器。而中国探月工程则采用了一种全新的再入方式——半弹道跳跃式再入返回。

　　为什么要选择这一具有“中国特色”的再入返回方案？其中有何讲究和门道？嫦娥五号返回器从月球飞回来的速度是每秒11.2公里的第二宇宙速度，而一般从近地轨道返回的航天器大多为每秒7.9公里的第一宇宙速度，可别小看这每秒3.3公里的差距。航天专家打了一个比方，就好像扔石头，同样一块石头，从一层楼扔下来的速度和从十几层楼扔下来速度肯定不一样。同理，航天器从数百公里高的近地轨道返回和从38万公里远的月球返回速度必然不同，且差距巨大。

　　首先要解决的是速度问题。如何才能成功减速？这是一个世界级的难题。在反复学习、研究美苏经验的基础上，根据中国航天器实际情况，中国航天科技集团五院总体设计部的轨道设计师们决定借助地球大气层这个航天器再入返回的天然屏障，通过空气摩擦产生的阻力实现减速目的，并提出了一个大胆的方案——半弹道跳跃式再入返回。

　　“就像在太空中打水漂，返回器先是高速进入大气层，再借助大气层提供的升力跃出大气层，然后再以第一宇宙速度扎入大气层，返回地面，整个过程环环相扣，将在15分钟内完成。”中国航天科技集团五院总体设计部嫦娥五号探测器总体主任设计师孟占峰介绍说。

　　伏温度“拦路虎”：防热“霓裳羽衣”

　　嫦娥五号返回器“回家”途中的另一个拦路虎是温度。高速进入大气层时将摩擦产生剧烈高温，热量急剧提升也为航天器返回带来巨大挑战。

　　见过神舟飞船返回舱的人，一定对那身乌黑的外表印象深刻。之所以全身乌黑，这是因为返回舱从近地轨道返回地球时，被大气层剧烈摩擦产生的高温烧灼而成。“再入的速度提高一倍，再入热量将提高8-9倍。”中国航天科技集团五院总体设计部嫦娥五号探测器结构分系统主任设计师董彦芝介绍说。如此高的温度，一旦进入返回器的内部，后果将不堪设想。

　　如何防热、怎么对抗烧蚀成为必需攻克的难关。为此，总体设计部防热结构设计团队为探测器巧妙设计了一件“贴心防热衣”。首先，针对月球轨道返回热环境、空间环境和重量的要求，设计团队提出不同部位耐烧蚀和隔热的具体需求与指标，从33种新研材料中筛选出7种防热材料，完成防热材料的布局和局部防热结构设计，实现了中国由近地轨道再入到深空轨道再入的防热结构设计的跨越。

　　其次，设计团队提出了三维传热烧蚀分析方法，采用整体变厚度、变密度，分区域、偏轴设计方案，突破轻量化设计关键技术，并利用一维烧蚀分析和三维温度场分析相结合的数值分析方法，实现了用全面的局部烧蚀试验代替整器烧蚀试验，为试验任务的成功奠定基础。

　　从防热结构设计、防热材料成型工艺研究、焊接工艺研究，到工程样机、结构器、热控器、专项试验验证器、正样器……嫦娥五号探测器的防热“霓裳羽衣”精心“缝制”而成，成为安全顺利返回地球家园的生命保证。(完)

本文来源：每日商业报道文章作者：张楷欣

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