編者按:距離地球表面5000公里是個非常短的路程,按照返回艙每秒11.2公里的速度,只需要半個小時左右的時間就能進入地球大氣層。嫦娥五號距地5000公里分離展示了一個關鍵技術:半彈道跳躍式再入技術,目前這個技術僅美俄掌握,中國是第三個掌握該技術的國家。
嫦娥五號返回艙已經安全在內蒙古四子王旗著陸場著陸,從12月13日開始,嫦娥五號返回組合體實施了第二次月地轉移入射,當時組合體距離月面高度為230公里,啟動的是4臺150N發動機,持續時間為22分鐘。
圖片解讀:嫦娥五號返回艙降落在內蒙古四子王旗著陸場,背景也是天寒地凍,這裡溫度只有零下30度,非常寒冷
圖片解讀:這是跳躍式再入彈道的示意圖,圖中跳躍段與嫦娥五號進入大氣層的位置相同,為120公里,然後再次飛出大氣層,上升高度在100公里以上,此飛行段稱之為開普勒飛行段,然後第二次進入大氣層。換個角度看,如果我們將返回艙視為彈頭,彈道末端的垂直高度下降段可以理解為灌頂打擊,不輕易間,我們又展示出一種戰略級的遠端打擊模式
軌道器上還搭載了3000N發動機,推力更大,但是沒有啟用,原因是轉移入射需要更精確控制速度和角度,因此使用了4臺150N發動機。第二次轉移入射之後,嫦娥五號軌返組合體就進入月地轉移軌道了,需要飛行36至38萬公里,期間要進行3次軌道修正。當距離地球表面大約5000公里的位置時,軌道器和返回艙實施解鎖分離,軌道器繼續在軌道上執行,返回艙開始奔向地球。
距離地球表面5000公里是個非常短的路程,同步軌道衛星的軌道高度可達到3.6萬公里,按照返回艙每秒11.2公里的速度,只需要半個小時左右的時間就能進入地球大氣層。
圖片解讀:紅色代表的是已經飛行的里程,綠色是未飛行的里程,此圖展示了月地入射技術
抵達距離地面120公里高度時,返回艙的速度仍然達到每秒11.2公里,這時候嫦娥五號返回艙就進入本次任務最關鍵的階段了,以第二宇宙速度返回地球,速度要降低到零。嫦娥五號距地5000公里分離展示了一個關鍵技術:半彈道跳躍式再入技術,目前這個技術僅美俄掌握,中國是第三個掌握該技術的國家。具體說來,返回艙從月球返回時速度達到11公里每秒,要將速度降低到零,就需要減速,那麼如何進行減速?
第一種方法就是直接進入大氣層,採用彈道式降落,返回艙會一頭扎進大氣層,再入角較大,彈道非常陡峭,這種情況下返回艙會達到非常大的過載。蘇聯曾經就做過這樣的返回彈道,過載達到16G,如果是宇航員在裡面的話,那就難辦了。使用彈道式降落的濺落點偏差非常大,可超過1000公里。因此,嫦娥五號返回艙就使用了半彈道的模式,透過兩次再入大氣層達到減速的目的。第一次再入大氣層時再入角偏小一些,這樣返回艙就像在大氣層上方打了個水漂,又返回近地軌道,飛行一段時間後第二次進入大氣層,這時候速度會大大下降,只要7公里每秒,低於第一宇宙速度,這樣返回艙就肯定會被地球引力捕獲。用半彈道降落的方式還可以降低過載,第二次再入大氣層的過載只有6至7G,經過訓練的宇航員完全可以克服。
圖片解讀:阿波羅11號返回艙也是採用此彈道返回地球
圖片解讀:嫦娥五號返回艙在10公里高度開啟降落傘
返回艙第二次進入大氣層後,就開始氣動減速,艙體與大氣層劇烈摩擦,返回艙外面會燒得發黑。大約在10公里高度釋放減速傘,速度會進一步降低,這時候我們的地面雷達、紅外監視裝置就可以開始搜尋了,透過陸航直升機引導前往著陸點周圍等待。剛剛接觸地面的返回艙溫度非常高,此時四子王旗著陸場溫度只有零下30°,返回艙熱騰騰的溫度非常好識別,用紅外裝置就可以跟蹤到位置。