上九天 嫦娥攬月 穿星河 逐夢無垠(科技自立自強·逐夢深空)
經歷23天的旅程，12月17日凌晨1時59分，探月工程嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸，標志著我國首次地外天體采樣返回任務圓滿完成。
國家航天局專家表示，嫦娥五號探測器在一次任務中，連續實現我國航天史上首次月面采樣、月面起飛、月球軌道交會對接、帶樣返回等多個重大突破，為我國探月工程“繞、落、回”三步走發展規劃畫上了圓滿句號。同時，嫦娥五號任務作為我國復雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程，成功實現了多方面技術創新、突破了一系列關鍵技術，對于我國提升航天技術水平、完善探月工程體系、開展月球科學研究、組織后續月球及星際探測任務，具有承前啟后、里程碑式的重要意義。
回家之路怎么走
為克服高速高溫，“太空打水漂”式返回
在先后完成發射、落月、采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、上升器與軌道器和返回器組合體分離等環節后，嫦娥五號開始準備返回地球。
12月12日—16日，軌道器和返回器組合體在完成2次月地轉移入射、2次軌道修正后，返回器于12月17日與軌道器分離并重返地球。
12月17日凌晨1時許，北京航天飛行控制中心通過地面測控站向嫦娥五號軌道器和返回器組合體注入高精度導航參數。此后，軌道器與返回器在距南大西洋海平面高約5000公里處正常解鎖分離，軌道器按計劃完成規避機動。
凌晨1時33分，嫦娥五號返回器在距地面高度約120公里處，以接近第二宇宙速度高速進入地球大氣層，實施初次氣動減速。下降至預定高度后，返回器向上躍出大氣層，到達最高點后開始滑行下降。之后，返回器再次進入大氣層，實施二次氣動減速。這就是此次嫦娥五號采用的全新的再入方式——半彈道跳躍式再入返回，也就是俗稱的“太空打水漂”。
為什么要采用這種方式？
航天專家介紹，當返回器帶著月壤，從月球風馳電掣般向地球飛來，這時的飛行速度是約為11.2千米每秒的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為7.9千米每秒的第一宇宙速度。可別小看了這每秒3公里的差距，航天器從數百公里高的近地軌道返回和從38萬公里遠的月球返回必然不同。一旦速度過猛，返回器一頭撞向地球，后果不堪設想，必須讓返回器減速飛行。此外，高速進入大氣層時將摩擦產生劇烈高溫，熱量急劇提升也為航天器返回帶來巨大挑戰。
如何把速度降下來？科研人員經過反復研究，根據我國航天器實際情況，決定借助地球大氣層這個天然屏障，通過空氣摩擦產生的阻力實現減速目的，提出了“太空打水漂”的方案。
除了速度，返回器還要克服高溫的影響。“再入的速度提高一倍，再入熱量將提高8—9倍。”中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器結構分系統主任設計師董彥芝說。如此高的溫度，一旦進入返回器內部，后果將不堪設想。
如何防熱、怎樣對抗燒蝕，成為技術團隊必須攻克的難關。總體設計部防熱結構設計團隊為返回器設計了一件“防熱衣”。針對月球軌道返回熱環境、空間環境和重量的要求，提出了不同部位耐燒蝕和隔熱的具體需求與指標，從33種新研材料中篩選出了7種防熱材料，完成了防熱材料的布局和局部防熱結構設計，實現了我國由近地軌道再入到深空軌道再入的防熱結構設計的跨越。
在降至距地面約10公里高度時，返回器打開降落傘完成最后減速并保持姿態穩定，隨后在預定區域平穩著陸。這一整套動作，堪稱完美。
著陸之后怎么找
為達到艙落人到，多次演練優化
嫦娥五號返回器著陸后，負責搜索回收任務的測控與回收系統技術人員及時發現目標，有序開展回收工作。
在北京航天飛行控制中心大廳內，無數雙眼睛緊盯著大屏幕。隨著返回艙順利落入著陸場，直升機、搜索車輛上的工作人員動作迅速，在紅外顯示的畫面里，夜幕中的他們渾身反光，追尋著嫦娥五號的身影。內蒙古的深夜大雪封路，在北京飛控大廳里的人們雖然聽不到搜索隊隊員的聲音，卻和他們一樣緊張。時間一分一秒流逝，“找到了嗎？”這樣的問題不斷被提及，10分鐘，20分鐘，終于，“雄鷹報告，直升機目視返回器著陸……”
時值隆冬，嚴寒積雪條件下夜間搜索，返回器目標體積小以及特殊的返回方式給搜索回收工作帶來很多困難。和載人飛船相比，嫦娥五號返回器的體積只有飛船返回艙的約1/7，可著陸面積卻是載人飛船的16倍，在冰天雪地的夜間尋找如此小的目標可謂難上加難。
為此，擔負搜索任務的中國酒泉衛星發射中心搜索回收分隊組織進行了多次貼近實戰的訓練演練。針對這次任務呈現出的新特點、新挑戰，他們不斷完善方案預案，優化搜索力量布勢。酒泉衛星發射中心研究員、嫦娥五號任務著陸場區指揮部成員兼技術組組長卞韓城介紹，搜索人員從技術上采取了很多措施，比如將雷達的測量數據經過處理送到直升機和搜索車輛上，引導直升機和搜索車輛接近返回器，同時在直升機和搜索車輛上加裝了高功率的探照燈，協助搜索人員快速發現目標等。
據介紹，為了確保直升機能夠在目標區域安全降落，地面搜索車輛能夠順利抵達，前期，搜索回收分隊結合冰雪夜間環境進行了近30次的著陸區地形勘察。累計標注通信鐵塔100余座，測風塔30余座，牧民點2800余處，對回收區內的溝壑、斷崖以及一些小湖泊進行了標記，這一切都是為了迎接嫦娥五號順利回家。
“任務當天，我們接到北京通報的歸零飛行后，不到30分鐘就發現返回器。這體現出我們落點預報快速準確，達到了艙落人到的標準。”搜索回收分隊隊員郭志超說：“發現返回器那一刻，心情無比激動。”
解封之后怎么用
將進行科研科普，與世界科學家共享
按計劃，回收后的嫦娥五號返回器在完成必要的地面處理工作后，將空運至北京開艙，取出樣品容器及搭載物。國家航天局將擇機舉行交接儀式，正式向地面應用系統移交月球樣品，我國首次地外天體樣品儲存、分析和研究相關工作也將隨之啟動。
國家航天局探月與航天工程中心副主任、嫦娥五號任務新聞發言人裴照宇介紹，拿到月球樣品后，首先要做的是解封工作，這是由于樣品容器是在真空狀態下進行封裝的，進入地球之后要在地球的環境下操作。解封之后要對樣品進行分樣，進行基本特性、物理化學特性測試。然后要進行樣品登記，給每一份樣品建立檔案。
對于月球樣品的用途，國家航天局副局長吳艷華表示，中國是第三個從月球采樣回來的國家。月球樣品主要包括3類用途，最主要的目的是為了進行科學研究；還有一部分樣品將入藏國家博物館向公眾展示，進行科普教育；第三類會依據國際合作公約和多邊雙邊合作協議，發布月球樣品和數據管理辦法，與有關國家和世界的科學家共享。
對于月球樣品的科研用途，中國科學院國家天文臺研究員、探月工程三期副總設計師李春來介紹，對于采回的月球樣品會妥善存儲，包括異地災備存儲考慮。“絕大部分樣品會用于科學研究，我們會在實驗室進行長期的、系統的對月球樣品的研究工作，包括結構構造、物理特性、化學成分、同位素組成、礦物特點和地質演化方面，希望能夠深化我們對月球的起源、演化方面的認識。”
本報記者 馮 華 余建斌 喻思南