嫦娥五號平安回家
12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，采用半彈道跳躍方式再入返回，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸。新華社記者 連振攝
自從2020年11月24日發(fā)射以來，嫦娥五號經(jīng)歷了地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行、月面軟著陸、月球采樣、月面起飛、月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、月地轉(zhuǎn)移、再入地球等環(huán)環(huán)相扣的太空旅程，終于在12月17日1時59分，于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域成功著陸，安全回家。
回家之旅，嫦娥五號經(jīng)歷了哪些？誰在為它保駕護(hù)航？
天外：“打水漂”進(jìn)入大氣層
嫦娥五號再入地球，采用的方案叫“半彈道跳躍式”，俗稱“打水漂”。為什么要“打水漂”進(jìn)入地球？
原來，嫦娥五號從月球返回進(jìn)入地球，速度達(dá)到11.2千米/秒，接近第二宇宙速度。與之相比，從地球軌道進(jìn)入地球，速度為7.9千米/秒（即第一宇宙速度）。在如此高的速度下，嫦娥五號穿過大氣層進(jìn)入地球，受到的力和熱的影響可想而知。
“采用跳躍式，通過兩次再入地球，增大航程增加再入時間，使得力的沖擊降低，熱的影響也降低。”國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設(shè)計師、嫦娥五號任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇解釋。
此外，裴照宇解釋，采用半彈道式，就是以初始的再入速度、姿態(tài)、再入角等作為再入的初始條件，通過升力控制實(shí)現(xiàn)對飛行軌跡的航向控制和俯仰控制，這樣就可以更準(zhǔn)確地落在預(yù)定著陸地點(diǎn)。所以，半彈道跳躍式再入解決了落點(diǎn)精度問題和再入過程的力的影響、熱的影響問題。
“我們平時都玩過打水漂，用一個片石打在水面上，在進(jìn)入水面之后，片石會彈起，然后重力又會讓它再一次進(jìn)入水面以下。”裴照宇說，嫦娥五號返回器也大概是這個過程，它第一次進(jìn)入大氣后，大氣會給它提供一定升力，使返回器又從大氣層中出來，進(jìn)入到大氣層外，然后重力又會使它再次進(jìn)入大氣層，這就是我們所說的“打水漂”。
地面：搜索難度比搜索神舟飛船返回艙時大
“打水漂”的返回方式讓嫦娥五號可以更安全地著陸，但這個操作的控制難度非常大，導(dǎo)致返回器著陸和回收區(qū)的范圍也增大。“嫦娥”降落的四子王旗著陸場，曾多次執(zhí)行神舟飛船返回艙搜索回收任務(wù)。與神舟飛船相比，嫦娥五號返回器的體積只有飛船返回艙的約1/7，著陸面積卻是神舟飛船的16倍，搜索難度要大得多。
擔(dān)負(fù)此次搜索任務(wù)的是中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搜索回收分隊(duì)，他們事先進(jìn)行了多次貼近實(shí)戰(zhàn)的訓(xùn)練演練。搜索人員還從技術(shù)上采取了很多措施，比如將雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)經(jīng)過處理送到直升機(jī)和搜索車輛上，引導(dǎo)直升機(jī)和車輛搜索接近返回器。
四子王旗著陸場區(qū)地勢廣闊，氣候變化莫測。如果返回器著陸當(dāng)天遭遇降雪天氣，空中搜索分隊(duì)直升機(jī)很有可能無法起飛實(shí)施搜索救援。為了給上級指揮決策提供精準(zhǔn)的氣象數(shù)據(jù)支持，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心氣象分隊(duì)結(jié)合近30年的歷史資料，重點(diǎn)對西伯利亞寒流影響、降水量等重要指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。
除了降雪天氣，能否準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)向和風(fēng)速，對搜索工作影響極大。如果風(fēng)速過大，返回器極有可能飄出指定著陸區(qū)域，增加搜救難度。“由于風(fēng)力對降落傘的影響，返回器可能會偏移幾十甚至上百千米。我們要隨時根據(jù)風(fēng)力和風(fēng)向變化情況，通過計算，形成上報結(jié)論，確保指揮部形成一個較為精準(zhǔn)的落點(diǎn)預(yù)報。”據(jù)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心氣象室副主任康林解釋。
為了保障好此次任務(wù)，氣象分隊(duì)提前3個月進(jìn)駐著陸場區(qū)，每天24小時不間斷觀測地面至高空25千米的溫度、濕度、壓力、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)，每日零點(diǎn)釋放高空探測氣球。
空中：天鏈二號01星提供信息傳輸支持
記者從北京空間信息傳輸中心了解到，在此次著陸場搜救任務(wù)中，天鏈二號01星建立起搜救空中分隊(duì)通信直升機(jī)與北京航天飛行控制中心的信息傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)了圖像、話音、調(diào)度等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，為搜救任務(wù)圓滿成功奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。
在此次任務(wù)前，北京空間信息傳輸中心根據(jù)著陸場指揮部安排，通過手動輸入嫦娥五號理論著陸坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)狀態(tài)配置，配合進(jìn)行了多次著陸場任務(wù)演練，并提前加載任務(wù)操作計劃，設(shè)置初始指向經(jīng)緯度等相關(guān)參數(shù)。
據(jù)任務(wù)總體工程師秦銘介紹，在搜救人員登機(jī)之前，他們的通信操作崗位已經(jīng)根據(jù)調(diào)度指揮口令開通直升機(jī)調(diào)度，在搜救任務(wù)過程中，我們則要監(jiān)視鏈路保持情況，仔細(xì)觀察光學(xué)吊艙圖像傳輸情況。崗位人員必須足夠認(rèn)真細(xì)致，根據(jù)直升機(jī)的實(shí)時位置，來判斷是否需要調(diào)整天線指向，確保搜救信息傳輸暢通。
“23天前，我們也是在這個大廳通過天鏈衛(wèi)星為長征五號遙五運(yùn)載火箭提供天基測控服務(wù)，順利將‘嫦娥’送出去之后，我們也要圓滿地將她迎回來。”此次任務(wù)的調(diào)度指揮高泉說。
海上：遠(yuǎn)望3號護(hù)送“嫦娥”穿越“黑障區(qū)”
除了天上和地面，海上也有人在為“嫦娥”回家保駕護(hù)航。嫦娥五號返回器高速進(jìn)入大氣層時，會與大氣摩擦進(jìn)入“黑障區(qū)”（飛行器以很高的速度返回大氣層時，在一定高度區(qū)域與地面的通信聯(lián)絡(luò)會中斷，這個中斷聯(lián)絡(luò)的區(qū)域就是黑障區(qū)）。這時，遠(yuǎn)在印度洋的中國衛(wèi)星海上測控部所屬的遠(yuǎn)望3號船承擔(dān)了遙測、外測、光學(xué)測量服務(wù)。
據(jù)遠(yuǎn)望3號船總調(diào)度員張煒介紹，遠(yuǎn)望3號船S頻段統(tǒng)一測控設(shè)備在返回器進(jìn)入“黑障區(qū)”前短暫的100秒窗口內(nèi)第一時間發(fā)出調(diào)姿指令；光電經(jīng)緯儀承擔(dān)了返回器光學(xué)跟蹤任務(wù)，直觀的提供了返回器飛行影像信息；單脈沖雷達(dá)主要負(fù)責(zé)返回器“黑障區(qū)”外測任務(wù)，為全區(qū)提供可靠的測量數(shù)據(jù)，是返回器進(jìn)入大氣層接力測控的“第一棒”，也是整個測控支持系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。
專家解釋，返回器在“黑障區(qū)”中只能通過船載單脈沖雷達(dá)和光電經(jīng)緯儀進(jìn)行捕獲跟蹤，看似只有短暫的3分鐘，但測控的難度超乎想象。
“光學(xué)跟蹤設(shè)備好比用肉眼通過望遠(yuǎn)鏡尋找天空中高速飛行的流星，捕獲難度很大。而船上搭載的單脈沖雷達(dá)搜索波束比較窄，加上返回器上無天地應(yīng)答信號，雷達(dá)需利用等離子殼反射信號進(jìn)行跟蹤，等離子殼表面非常不規(guī)則，反射信號起伏非常巨大，這些都給目標(biāo)搜索捕獲及穩(wěn)定跟蹤帶來了巨大挑戰(zhàn)。我們的科技人員頂住壓力，圓滿完成了所有步驟，為任務(wù)的圓滿成功作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。”中國衛(wèi)星海上測控部總體技術(shù)室工程師王二建說。
（本報記者 陳海波 本報通訊員 常艷玲 高 超）
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