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(fā)射

據新華社西昌10月24日電 (記者余曉潔楊維漢)北京時(shí)間2014年10月24日02時(shí)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(fā)射中心用長(cháng)征三號丙運載火箭發(fā)射升空,準確進(jìn)入近地點(diǎn)高度為209公里、遠地點(diǎn)高度41.3萬(wàn)公里的地月轉移軌道。我國探月工程首次實(shí)施的再入返回飛行試驗首戰告捷。

此次任務(wù)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(guān)鍵技術(shù),為嫦娥五號任務(wù)提供技術(shù)支持。試驗任務(wù)由飛行試驗器、運載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測控與回收四大系統組成。

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

根據計劃,飛行試驗器飛行過(guò)程約8天,在經(jīng)歷地月轉移、月球近旁轉向、月地轉移、再入返回、著(zhù)陸回收等五個(gè)階段后,返回我國內蒙古中部地區。任務(wù)實(shí)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(wǎng),為任務(wù)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(shí)施再入返回飛行試驗,飛行器于24日成功發(fā)射。很多人搞不清這個(gè)飛行試驗器和2017年前后承擔“無(wú)人采樣返回”任務(wù)的“嫦娥五號”是什么關(guān)系?為什么要搞這樣一次飛行試驗?試驗的難點(diǎn)又在哪?

新華社記者采訪(fǎng)權威專(zhuān)家和參研參試人員進(jìn)行解析。飛行試驗器名字太長(cháng),記者姑且給它取名“小飛”。 “小飛”是誰(shuí)? ——“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(wù)是實(shí)現我國探月工程三期“無(wú)人自動(dòng)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(zhù)陸器和返回器等組成,像“葫蘆”一樣串在一起共同組成�？蒲腥藛T正在為“嫦娥五號”載著(zhù)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(huì )對接和高速返回4大關(guān)鍵技術(shù)。國防科工局新聞發(fā)言人說(shuō):“為突破高速返回關(guān)鍵技術(shù),必須先期實(shí)施再入返回飛行試驗。”

“小飛”原來(lái)是“嫦娥五號”的“探路小兵”。它不會(huì )走“嫦娥五號”要走的全程,而是重點(diǎn)考察從距地約38萬(wàn)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(shí)候會(huì )越飛越快,回到大氣層的時(shí)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(shí)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(dòng)、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(xué)模型掌握不完全。為確保“嫦娥五號”任務(wù)成功,必須“把實(shí)驗室從地面搬到天上”。

原來(lái)“小飛”是一個(gè)并不老練的司機,受命走一條沒(méi)走過(guò)的路。路況陌生、復雜、多變。又偏偏一路下坡剎不住車(chē),車(chē)體車(chē)輪摩擦得滾燙�？傻冒押昧薌NC方向盤(pán),當務(wù)之急——把自身速度降下來(lái)。怎樣“平安到家”?

——“打個(gè)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(diǎn)在于采用“半彈道跳躍式再入”方式返回地球。“打個(gè)通俗的比方,‘半彈道跳躍式再入’類(lèi)似于我們在河邊拿起石頭打水漂。這個(gè)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(méi)有浮力拋物線(xiàn)落下,就叫彈道;半途打了個(gè)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(jìn)入大氣層,經(jīng)跳躍式彈起后,再次進(jìn)入大氣層,在內蒙古中部地區著(zhù)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(fā)射升空后將經(jīng)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(guān)鍵節點(diǎn)。整個(gè)過(guò)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(guān)鍵技術(shù)這是為“嫦娥五號”執行任務(wù)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(wù)將為探月三期驗證6項關(guān)鍵技術(shù)。

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

第二、驗證返回器防熱技術(shù)。通過(guò)飛行過(guò)程中防熱結構溫度變化歷程對防熱結構設計進(jìn)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(shù)。

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(dòng)態(tài)、散布范圍大、跟蹤捕獲難等特點(diǎn),綜合開(kāi)展總體設計、分析和試驗。

第五、驗證返回器可靠著(zhù)陸技術(shù)。利用返回器內側、外側、遙測和氣象數據對返回器可靠著(zhù)陸技術(shù)進(jìn)行驗證。

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

“小飛”是個(gè)“女漢子”

執行此次任務(wù)的“小飛”,是“嫦娥五號”的“探路小兵”,它長(cháng)什么樣,由哪幾部分組成?主要任務(wù)目標是什么?面臨的風(fēng)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(zhuān)家們,向記者揭開(kāi)了“小飛”的神秘面紗。

“大塊頭”和“小不點(diǎn)”

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(wù)艙和返回器組成,其中,服務(wù)艙是名副其實(shí)的“大塊頭”,而返回器是與“大塊頭”緊密相連的“小不點(diǎn)”。

飛行試驗器共有十一個(gè)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(xiàn)分系統、工程參數測量分系統、GNC、服務(wù)艙推進(jìn)分系統、回收分系統。服務(wù)艙以嫦娥二號衛星平臺為基礎進(jìn)行適應性改進(jìn)設計,而返回器則與探月三期正式任務(wù)中返回器的狀態(tài)基本保持一致。

“小飛”“出閣”為何快?

實(shí)施月地返回、半彈道跳躍式高速再入返回等六大技術(shù)難點(diǎn)是決定任務(wù)成敗的關(guān)鍵。為了驗證這些無(wú)法在地面進(jìn)行試驗的技術(shù),“小飛”甘當開(kāi)路先鋒,與時(shí)間賽跑。“小飛”這么快就“出閣”,得益于不斷提速的探月工程實(shí)施進(jìn)程。中國科學(xué)院院士、五院科技委顧問(wèn)葉培建指出,探月工程“繞、落、回”三步走的戰略步驟,相互關(guān)聯(lián),又不完全順序排列,拿二期工程“落”和三期工程“回”來(lái)說(shuō),兩期任務(wù)各自有安排。從嫦娥一號、二號到三號任務(wù),每次任務(wù)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(gè)探月工程的進(jìn)程實(shí)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(zhù)金色多層材料的服務(wù)艙、銀色返回艙組成的“小飛”,遠看猶如穿“金衣”著(zhù)“白甲”的將領(lǐng)。“娘家人”五院為它量身訂制了各類(lèi)“鋼筋鐵骨”,可以說(shuō)它是“飛堅強”。

“小飛”要從距離地球38萬(wàn)公里的月球返回,到達地球時(shí)的速度將會(huì )十分“恐怖”,與之相隨的摩擦熱防護等風(fēng)險嚴重威脅著(zhù)“小飛”,它的主要任務(wù)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(lái)。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。