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“嫦娥五號”探路飛行器回家的N個看點

  新華社內蒙古四子王旗11月1日電(記者餘曉潔 楊維漢 榮啟涵)“嫦娥五號”的探路飛行器“小飛”(探月工程三期再入返回)11月1日早晨順利返回地球。這是中國航天器第一次從月球軌道返回地球。

  “小飛”回家有哪些看點?新華社記者專訪“小飛”的六位“師傅”——中國航天科技集團公司五院的科研人員,為您權威解析。

  “小飛”返回器為啥是“鐘鼎”形的?

  師傅:彭兢 飛行試驗器副總設計師

  講述:嫦娥一號、二號、三號都不返回地球。所以“小飛”從月球返回地球的每一步,都是中國探月史上的新腳印。

  “小飛”有六方面的創新:分別是軌道設計和控制、新型的熱控技術、氣動、高精度的返回導航制導與控制、設備的輕小型化以及回收技術等。

  “小飛”返回大氣層受到氣動作用,會產生各種各樣的力和力矩。我們希望返回器自身的氣動特性保證它的穩定性。氣動專家做了很複雜的計算,進行了大量的風洞試驗。最後根據這些實驗數據,選擇了“鐘鼎”作為返回器的外形設計。

  回家路上大氣環境不確定 考驗GNC

  師傅:王勇 飛行試驗器返回器GNC副總設計師

  講述:GNC是英文導航制導與控制的首字母。返回器GNC的任務是把返回器準確帶回著陸場。導航是準確知道位置,制導是根據當前飛行情況找到一條路徑,控制就是讓飛行器怎麼走到這條路徑上來。

  “小飛”回家經歷了幾個關鍵節點。距地5000公里,服務艙和返回器分離,返回器獨立返回地球;距地120公里,返回器第一次進入大氣層,“跳躍”飛行一段後第二次進入大氣層。距地10公里處,打開降落傘。從120公里第一次進入大氣層到著陸,航程非常長,確保落在中國境內本身就是挑戰。

  整個控制過程中最大的困難就是大氣環境的不確定性。高空大氣密度變化範圍有±80%。低空大氣密度變化範圍是20%至40%。進入大氣層後GNC系統要實時對氣動參數、大氣密度進行辨識、倣真、計算。這些必須在極短的時間內完成,GNC經受了極大考驗。

  返回器是“走紅地毯的明星”,服務艙是“超級的哥”

  師傅:王曉磊 飛行試驗器服務艙GNC副總設計師

  講述:“小飛”由“大塊頭”的服務艙和“小個子”的返回艙組成。在8天的“地月之旅”中,絕大部分時間服務艙像個“超級的哥”載著返回艙前進。只有最後40多分鐘,返回器在“萬眾矚目中”再入返回地球,如同一個“走紅地毯的明星”。

  “超級的哥”一路上不僅要“開車”,還負責給返回器擺好座椅——供電、供暖、數據傳輸和通訊保障等。這些通過服務艙的結構、機構、熱控、數管、GNC等10個分系統來完成。

  艙器分離就是剪斷“臍帶”——連接艙器的一捆電線。四個爆炸螺栓炸開,服務艙用力把返回器推到再入返回走廊,而自己要避讓。

  “小飛”私人定制“空調”——中國首個宇航級環路熱管

  師傅:寧獻文 飛行試驗器熱控分系統主任設計師

  講述:熱控的功能就是讓“小飛”別太冷也別太熱,要保持一個合適的溫度。冷了就曬曬太陽,熱了就擋住太陽。為此,研製了首個國產宇航級環路熱管。目前世界上有同類核心技術的只有美國、俄羅斯和法國。

  “小飛”的熱控防熱為何特別難?神舟飛船從地球軌道返回,只需約20分鐘。“小飛”月球返回,接近第二宇宙速度,二次入大氣層,時間長、熱流密度大。相當於用爐子持續猛燒。我們在返回器外部包覆一層特殊材料,可以把摩擦產生的熱量隔絕掉,不讓它灌向艙內。

  “小飛”回家軌道設計 再入角相當於一張薄紙

  師傅:汪中生 飛行試驗器軌道主管設計師

  講述:由於運載能力和航程所限,“小飛”軌道設計受到很強約束。再入點參數精度要求非常高。如果把地球比作一個籃球,再入角就相當於一張薄紙。“小飛”必須穿過薄紙這樣的縫隙,才能安全返回地球。我們在大量的設計論證後才找到符合條件的軌道。現在看,這個軌道設計是成功的。

  魚眼鏡頭單反相機在太空拍照、視頻 將上演“最後的凝望”

  師傅:胡永富 飛行試驗器相機技術負責人

  講述:服務艙這個“超級的哥”,還有一項功能就是用五台相機對“小飛”地月之旅進行拍照。相機採用新材料實現輕小型化。最重的4.1公斤,最輕的只有200克。有技術試驗相機,也有魚眼鏡頭相機。前兩天公佈了在月球近旁拍攝的地球、月球和地月合影。很多網友點讚,說照片很夢幻。相機可拍視頻,為便於傳輸,一段連續視頻不超過30秒。

  按計劃,艙器分離後,服務器會上演對返回艙“最後的凝望”——對返回器再入返回過程進行拍照。

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