中国探月再给国人一个惊喜(下)-探月工程三期再入返回飞行试验任务透视.docx

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中国探月再给国人一个惊喜（下）

探月工程三期再入返回飞行试验任务透视

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潘晨庞丹五轩

飞行试验器试验任务中的几个问号

飞行试验器在地月之间来回穿梭，返回器在严酷的条件下返回，诸如如何给试验器设计漫漫“天路”、试验器如何返回、如何防御返回路上的高温和恶劣的环境等等，都既是科技人员要着力考虑和攻克的难关，也是人们最为关切的。现在随手采撷几个以揭开谜底。

一是飞行试验器飞行过程分为哪几个阶段？飞行试验任务采用地月自由返回轨道，经过中途修正到达月球。飞行试验器与运载火箭分离后飞行过程经过5个阶段（地月转移段、月球近旁转向段、月地转移段、返回再入段、回收着陆段）共约8天的飞行过程后，在内蒙古四子王旗地区着陆，着陆场站搜救系统利用返回器信标完成有哪些信誉好的足球投注网站任务。

每个阶段都是什么含义呢？据中国空间技术研究院总体部深空探测室主任、飞行试验器总体主任设计师杜颖介绍，根据飞行试验器采用的绕月自由返回轨道特性，此次飞行试验器飞行过程分为5个飞行阶段。其中，地月转移段是指从飞行试验器与火箭分离开始到飞行试验器到达距离月球约60000公里的影响球边界为止的飞行阶段。全过程飞行时间约72小时，根据需要安排几次中途修正。月球近旁转向段是指从飞行试验器进入月球影响球开始到飞行试验器飞出月球影响球为止的飞行阶段。飞行试验器在该段借助月球引力改变自身相对地球的轨道倾角，全过程飞行时间约24-48小时。月地转移段是指飞行试验器从飞出月球影响球开始到舱器分离的飞行阶段。飞行试验器在该段根据需要完成再入航程调整和中途修正，同时完成返回器与服务舱分离的准备工作，全过程飞行时间约72-120小时。返回再入段是指飞行试验器服务舱和返回器从距地球约5000公里高度分离到返回器弹射开伞的飞行阶段。飞行试验器在该阶段首先滑行飞行，并以再入姿态进入地球大气层。随后采用半弹道跳跃式方式飞行，到达开伞高度时，满足开伞条件。全过程飞行时间约40分钟。回收着陆段是指返回器从弹射开伞开始到着陆并成功回收为止的飞行阶段。其中由弹射开伞至返回器着陆的飞行时间约10分钟，返回器着陆后回收信标开始工作，工作时间最长为48小时。

二是为什么要给飞行试验器设计独特的轨道？作为我国首次实施月地返回任务和首次以接近第二宇宙速度再入返回地球的航天器，飞行试验器在轨道设计方面有自身独特的创新特点。据来自中国空间技术研究院总体部的飞行试验器主管轨道总体设计工作的孟占峰主任设计师介绍，飞行试验器创新性地采用了自由返回轨道方案进行返回试验验证。该方案借助月球引力将探测器的轨道进行巧妙的“改变”，从而将长征三号火箭的发射轨道和四子王旗的落点进行无缝平滑拼接，避免了任务过程中大幅度的轨道机动，为提高测轨定轨精度，保证返回器精确进入再入走廊奠定了基础。

自由返回轨道对于我国航天任务是一个全新的轨道类型，该方案也是我国首个采用天体引力进行变轨的工程轨道设计方案。飞行试验器与火箭分离后直接进入地月转移轨道，在飞行至月球附近时借助月球引力的影响，转为升轨月地转移轨道飞行。在地面高度5000公里附近，飞行试验器建立分离姿态后服务舱与返回器分离。服务舱对舱器分离过程进行监视，并将监视图像数据实时下传地面站。分离后的返回器首先以惯性姿态滑行，在到达120公里高度再入点前，返回器建立起初次再入配平姿态，通过调整倾侧角改变升力方向，实现跳跃式再入，到地面高度10公里处返回器开伞，同时回收信标机工作，返回器最终着陆。

三是飞行试验器的返回器为何不直接返回地球？细心的读者也许会问，飞行试验器返回时，为什么不像神舟飞船一样，在空中“踩刹车”一步到位，直接返回地球，而要采用半弹道跳跃式再入方式，以接近第二宇宙速度，像“打水漂”一样跳跃两次后，再入返回地球呢？

对于这个问题，飞行试验器彭兢副总设计师介绍说，我们知道，飞行试验器的再入高度要比神舟飞船高得多，由于再入高度不同，下降的速度也会不同，飞行试验器的返回器过载远比神舟飞船回收舱要高得多，直接返回地球返回器承受不了。如果用空中“踩刹车”的方式，所需要的燃料又足足高出一倍，不经济适用。而地球的大气层就是非常好的天然减速带，科学合理地利用大气层给返回器减速，不仅有助于完成返回器返回任务，而且性价比高。综合多方面因素，我们提出了半弹道跳跃式再入方式。

据悉，目前国际上仅前苏联的“探测器”系列实现过采用“半弹道跳跃式再入返回”方式进入地球大气层，而前苏联的“月球”系列、美国“星尘号”和“起源号”，日本的“隼鸟号”等深空探测器均采用了简单的弹道式再入方式。

四是返回器在“回家”的路上如何应对高温的考验？返回器从月球返回，其再入地球大气的热流密度峰值高、总加热时间长、总加热量大，与以往返回式卫星不同，也与神舟飞船不同。以神舟飞