為“嫦娥五號”返回地球探路 再入返回飛行試驗器在西昌成功發射

據新華社西昌10月24日電 (記者余曉潔楊維漢)北京時間2014年10月24日02時00分,我國自行研制的探月工程三期再入返回飛行試驗器,在西昌衛星發射中心用長征三號丙運載火箭發射升空,準確進入近地點高度為209公里、遠地點高度41.3萬公里的地月轉移軌道。我國探月工程首次實施的再入返回飛行試驗首戰告捷。

此次任務是我國探月工程三期一次重要的驗證飛行試驗,主要目的是突破和掌握探月航天器再入返回的關鍵技術,為嫦娥五號任務提供技術支持。試驗任務由飛行試驗器、運載火箭、發射場、測控與回收四大系統組成。

探月工程飛行試驗器由服務艙和返回器兩部分組成,服務艙以嫦娥二號衛星平臺為基礎研制,具備留軌開展科研試驗功能;返回器為新研產品,具備返回著陸功能。用于發射任務的長征三號丙運載火箭在以往基礎上進行了多項技術改進,進一步提高了可靠性和安全性。

根據計劃,飛行試驗器飛行過程約8天,在經歷地月轉移、月球近旁轉向、月地轉移、再入返回、著陸回收等五個階段后,返回我國內蒙古中部地區。任務實施期間,我國“遠望”號測量船隊、國內外陸基測控站,以及北京飛行控制中心和西安衛星測控中心,共同組成航天測控通信網,為任務提供持續跟蹤、測量與控制。

“小飛”打前站 為“嫦五”探路我國將首次實施再入返回飛行試驗,飛行器于24日成功發射。很多人搞不清這個飛行試驗器和2017年前后承擔“無人采樣返回”任務的“嫦娥五號”是什么關系?為什么要搞這樣一次飛行試驗?試驗的難點又在哪?

新華社記者采訪權威專家和參研參試人員進行解析。飛行試驗器名字太長,記者姑且給它取名“小飛”。 “小飛”是誰? ——“嫦娥五號”的“探路小兵”

中國探月工程三期總設計師胡浩:“嫦娥五號”的任務是實現我國探月工程三期“無人自動采樣返回”。與“嫦娥一號”“嫦娥二號”“嫦娥三號”相比,“嫦娥五號”的“身體”結構要復雜得多——由軌道器、上升器、著陸器和返回器等組成,像“葫蘆”一樣串在一起共同組成。科研人員正在為“嫦娥五號”載著月壤回歸地球努力工作。

“嫦娥五號”需要突破月面采樣、月面上升、月球軌道交會對接和高速返回4大關鍵技術。國防科工局新聞發言人說:“為突破高速返回關鍵技術,必須先期實施再入返回飛行試驗。”

“小飛”原來是“嫦娥五號”的“探路小兵”。它不會走“嫦娥五號”要走的全程,而是重點考察從距地約38萬公里的月球返回地球——“回家的路”。

“回家的路”好走嗎? ——“小飛”第一次走,快慢難控中國探月工程三期副總設計師郝希凡:這是我們第一次試驗從月球返回地球。飛行器從月球回地球的時候會越飛越快,回到大氣層的時候接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)。這要比神舟飛船返回地球的速度快很多。

目前,我們從單純的地面實驗積累的對地球大氣特性的認識還不充分、模型不完全,返回器高速返回條件下的氣動、熱防護、高速返回的導航制導與控制系統(GNC)物理模型和數學模型掌握不完全。為確保“嫦娥五號”任務成功,必須“把實驗室從地面搬到天上”。

原來“小飛”是一個并不老練的司機,受命走一條沒走過的路。路況陌生、復雜、多變。又偏偏一路下坡剎不住車,車體車輪摩擦得滾燙。可得把好了GNC方向盤,當務之急——把自身速度降下來。怎樣“平安到家”?

——“打個水漂”再返回中國探月工程副總指揮劉繼忠:此次試驗一大難點在于采用“半彈道跳躍式再入”方式返回地球。“打個通俗的比方,‘半彈道跳躍式再入’類似于我們在河邊拿起石頭打水漂。這個特殊的返回軌道目的在于降能減速,確保飛行器返回。”

中國探月工程三期副總設計師郝希凡:啥叫半彈道?沒有浮力拋物線落下,就叫彈道;半途打了個水漂彈出去了,就是半彈道。再入,就是以接近第二宇宙速度進入大氣層,經跳躍式彈起后,再次進入大氣層,在內蒙古中部地區著陸。

“探路”要花幾天? ——8天左右中國探月工程副總指揮劉繼忠:飛行試驗器發射升空后將經歷星箭分離、地月轉移、月球近旁轉向、月地轉移、返回地球附近、再入返回地球等六大關鍵節點。整個過程大約8天左右。新華社記者余曉潔 楊維漢(據新華社西昌10月23日電) 驗證6項關鍵技術這是為“嫦娥五號”執行任務之前所做的一次飛行試驗。探月工程三期副總設計師郝希凡表示,這次飛行任務將為探月三期驗證6項關鍵技術。

第一、驗證返回器氣動外形設計技術。利用飛行試驗獲取數據對返回器氣動設計的正確性進行驗證,通過數據分析比對修正返回器氣動設計數據庫。

第二、驗證返回器防熱技術。通過飛行過程中防熱結構溫度變化歷程對防熱結構設計進行評估,提高熱分析的準確性。測量返回器熱蝕情況。

第三、驗證返回器“半彈道跳躍式”高速再入導航制導與控制系統技術。

第四、驗證月地返回及再入返回地面測控支持能力。針對返回器高動態、散布范圍大、跟蹤捕獲難等特點,綜合開展總體設計、分析和試驗。

第五、驗證返回器可靠著陸技術。利用返回器內側、外側、遙測和氣象數據對返回器可靠著陸技術進行驗證。

第六、驗證返回器可靠回收技術。通過返回器搜索回收,驗證空地協同搜索回收工作方法,同時具備地面獨立搜索能力。 (據新華社) 飛行試驗器長啥樣？

“小飛”是個“女漢子”

執行此次任務的“小飛”,是“嫦娥五號”的“探路小兵”,它長什么樣,由哪幾部分組成?主要任務目標是什么?面臨的風險有哪些?“小飛”的娘家人——中國航天科技集團第五研究院的專家們,向記者揭開了“小飛”的神秘面紗。

“大塊頭”和“小不點”

飛行試驗器總指揮、總設計師楊孟飛介紹,飛行試驗器由服務艙和返回器組成,其中,服務艙是名副其實的“大塊頭”,而返回器是與“大塊頭”緊密相連的“小不點”。

飛行試驗器共有十一個分系統,即:結構分系統、機構分系統、熱控分系統、數管分系統、供配電分系統、測控數傳分系統、天線分系統、工程參數測量分系統、GNC、服務艙推進分系統、回收分系統。服務艙以嫦娥二號衛星平臺為基礎進行適應性改進設計,而返回器則與探月三期正式任務中返回器的狀態基本保持一致。

“小飛”“出閣”為何快?

實施月地返回、半彈道跳躍式高速再入返回等六大技術難點是決定任務成敗的關鍵。為了驗證這些無法在地面進行試驗的技術,“小飛”甘當開路先鋒,與時間賽跑。“小飛”這么快就“出閣”,得益于不斷提速的探月工程實施進程。中國科學院院士、五院科技委顧問葉培建指出,探月工程“繞、落、回”三步走的戰略步驟,相互關聯,又不完全順序排列,拿二期工程“落”和三期工程“回”來說,兩期任務各自有安排。從嫦娥一號、二號到三號任務,每次任務都完成的十分出色,原有的一些備份星的計劃安排也就相應做了調整,整個探月工程的進程實際上加快了。嬌小卻堅強“小飛”身姿嬌小婉約,它的返回器只有神舟飛船返回艙的十分之一。由身著金色多層材料的服務艙、銀色返回艙組成的“小飛”,遠看猶如穿“金衣”著“白甲”的將領。“娘家人”五院為它量身訂制了各類“鋼筋鐵骨”,可以說它是“飛堅強”。

“小飛”要從距離地球38萬公里的月球返回,到達地球時的速度將會十分“恐怖”,與之相隨的摩擦熱防護等風險嚴重威脅著“小飛”,它的主要任務就是解決怎么順利飛到月球和怎么從月球安全和順利地回來。五院的科技工作者為“小飛”武裝起了更輕量、更穩定、耐高溫性更強的“霓虹羽衣”,為它在天地的自由、安全馳騁保駕護航。