“嫦娥五女孩”回来了！

12月17日凌晨，它带着华夏科学家梦寐以求的月球样本，稳稳降落在内蒙古四子王旗，宣布了我们国家初次月面自动采样返回任务取得圆满成功。

只是，荣耀归来的公路却非坦途。你可晓得嫦娥五号回家迈通过了几道坎？

它的“娘家”——华夏航天科技团体五院向科技日报发展了推荐。

怎么在大度层外表“打水漂”

与几位“姐姐”比较，嫦娥五号拿到的是一张地月旅游“往返票”。

这张票弥足珍贵。之前，全球唯有美国、苏联的航天器，以及我们国家的嫦娥五号再入返回飞行试验器实现过绕月再入返回。

材料显现，海外再入航天器大家都有3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。

而华夏探月工程则采纳了一个最新的再入形式——半弹道跳跃式再入返回。

近地轨道航天器再入返回大度层时，速度平常为每秒约7.9千米的第一宇宙速度。而嫦娥五号从月球风驰电掣般向地球飞来，速度挨近每秒11.2千米的第二宇宙速度。

每秒3千米多的速度差，带来的力道大不相同。如果嫦娥五号冲劲过猛，一头撞向地球，全个任务都将前功尽弃。

要幸免这类风险，起首要解决速度的难题。

这是一种全球级的困难。科研人士在来回学习、探讨美苏经历的根基上，联合我们国家航天器实质概况，打算借助地球大度层这种航天器再入返回的天然屏障。

它们提议了一种大胆的方案——半弹道跳跃式再入返回。

“就像在太空中打水漂一样，返回器先是快速映入大度层，再借助大度层提供的升力跃出大度层，接下来再以第一宇宙速度扎入大度层，返回地面，全个进程环环相扣。”五院嫦娥五号探测器全体主任设置师孟占峰推荐说。

2014年，我们国家发射探月三期再入返回飞行试验器，模拟了嫦娥五号奔月、绕月、返回的全进程，并对跳跃式再入返回技艺发展了成功认证，使我们国家成为继美、苏以后，全球第三个成功实行航天器从月球轨道重返地面的国度。

返回气动设置比神舟飞船更繁杂

嫦娥五号是否成功打出一种漂亮的“水漂”，要害在于气动技艺探讨事业的周全性和正确性。

五院全体部设置师李齐推荐，比较近地轨道航天器返回，嫦娥五号面对的气动难题愈加繁杂，再入热环境要求更为严酷，对气动数据的精确度请求更为苛刻。

起首，快速再入会导致繁杂流动效应作用增大，各式繁杂流动效应将对返回器气能源、热特性发生庞大作用。

其次，源于跳跃式再入，烧蚀、能源消耗等各式要素，让得两次再入地球大度的外形适应不确定性增添。

第三，源于轻小型化请求，嫦娥五号返回器大小比国家内部外全部一个半弹道式再入飞行器都要小好多。大小的减小、品质的下降，可能导致返回器飞行稳固性下调，对气动特性预估明确度等方面提议了更高请求。

另外，本次任务中返回器面对的热环境，比返回式卫星和神舟飞船返回舱要恶劣得多。源于高温效应，必需要考量高温辐射加热作用，而这是近地轨道航天器剖析再入热环境时不要考量的。

面临重重考验，五院全体部气动团队展开要害技艺攻关，从国家内部外同类返回飞行器的气动探讨效果中汲取经历，同一时间踊跃向院表里体系行家请教，终归明确把握了返回器气动探讨事业难点和要害点，制订了周全具体的气动探讨大纲。

要想突破半弹道跳跃式快速再入返回技艺，气动设置、剖析与认证必需解决外形、质心和数据三大要求。气动团队携手若干国家内部不业余气动单位，展开了三十余项探讨事业，计算/试验状况超越20000 个，一步步确定了返回器气动外形、配平质心盒、气动标称数据库及其偏差范畴，为相干分体系设置、仿真和试验提供了可靠的数据输入。

终归，它们达成了相干探讨，提议了适用于轻小型跳跃式快速再入返回器的气动外形设置方法、鉴于时变预计偏差的配平质心盒设置方法，以及适用于快速再入返回器的气能源偏差计算方法，达成了适用于第二宇宙速度再入的高空跨流域气动特性计算方法探讨等。同一时间突破了多项要害技艺，填补了多项国家内部空白，并在探月三期再入返回飞行试验器任务中获得了有用认证，为嫦娥五号任务圆满成功立下了汗马功劳。

又要隔热又要散热，怎样解？

高温是嫦娥五号返回途中的另一道难关。

假如你瞧过神舟飞船返回舱，必定会对它那乌黑的外貌感官深切，这是被大度层激烈摩擦发生的高温烧灼而成的。

而嫦娥五号碰到的温度将来会更高。五院嫦娥五号探测器构造分体系主任设置师董彦芝推荐说，假如返回器再入的速度提升一倍，再入热量将提升8至9倍。

如许高温一朝映入返回器里面，后果将不堪设想。防热成为必需攻克的困难。

源于要确保运载承载能力，嫦娥五号返回器的品质遭到了严刻节制。不但请求返回器构造自身采纳轻量化设置，还须要采纳新款低密度防热资料。

为这，五院全体部防热构造设置团队针对月球轨道返回热环境、体积环境和重量的请求，提议了不同部位耐烧蚀和隔热的详细要求与目标，从33种新研资料中筛选出了7种防热资料，达成了防热资料的布置和局部防热构造设置，实现了我们国家防热构造设置由近地轨道再入到深空轨道再入的跨越。

同一时间它们提议了三维传热烧蚀剖析方法，采纳全体变厚度、变密度，分地域、偏轴设置方案，突破了轻量化设置要害技艺，并应用一维烧蚀剖析和三维温度场剖析相联合的数值剖析方法，实现了用局部烧蚀试验代替整器烧蚀试验，为任务成功奠定了根基。

从防热构造设置、防热资料成型工艺探讨、焊合工艺探讨，到工程样机、构造器、热控器、专项试验认证器……设置团队为嫦娥五号精心“缝制”了一件“贴心防热衣”，成为它平安顺利返回家园的寿命确保。

在返回大度层对抗烧蚀环境此前，嫦娥五号在飞行进程中另有大热耗散热要求。隔热与散热，听起来差不多是不可调和的矛盾。

然则五院全体部热控设置师们攻克了异构式环路热管热控技艺，差不多于给返回器增添了可调节热导的“热开关”，有用解决了返回器再入大度前的大热耗散热、热导调节和再入进程中热阻断的困难。

太空飞行时期，嫦娥五号还面对着温差多达数百度的宇宙环境。五院嫦娥五号探测器热控分体系主任设置师宁献文推荐，为了让嫦娥五号舒适地飞行，热控人士依据受热请求为它设置了薄厚不一的“金衣银饰”，经过寻觅最冷最热点，改良热控战略，保证器内温度稳固而平均。

来自：科技日报

作者：庞丹 付毅飞

编辑：廖晨昊