“我国将首次实施再入返回飞行试验,飞行器将于24日至26日择机发射”的消息传出后,很多人搞不清这个飞行试验器和2017年前后承担“无人采样返回”任务的“嫦娥五号”是什么关系?为什么要搞这样一次飞行试验?试验的难点又在哪?
新华社科普记者采访权威专家和参研参试人员进行解析。飞行试验器名字太长,记者姑且给它取名“小飞”。
1 “小飞”是谁?
——“嫦娥五号”的“探路小兵”
中国探月工程三期总设计师胡浩:“嫦娥五号”的任务是实现我国探月工程三期“无人自动采样返回”。与“嫦娥一号”“嫦娥二号”“嫦娥三号”相比,“嫦娥五号”的“身体”结构要复杂得多——由轨道器、上升器、着陆器和返回器等组成,像“葫芦”一样串在一起共同组成。科研人员正在为“嫦娥五号”载着月壤回归地球努力工作。
“嫦娥五号”需要突破月面采样、月面上升、月球轨道交会对接和高速返回4大关键技术。国防科工局新闻发言人说:“为突破高速返回关键技术,必须先期实施再入返回飞行试验。”
科普记者观察:哦!“小飞”原来是“嫦娥五号”的“探路小兵”。它不会走“嫦娥五号”要走的全程,而是重点考察从距地约38万公里的月球返回地球——“回家的路”。
2 “回家的路”好走吗?
——“小飞”第一次走,快慢难控
中国探月工程三期副总设计师郝希凡:这是我们第一次试验从月球返回地球。飞行器从月球回地球的时候会越飞越快,回到大气层的时候接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)。这要比神舟飞船返回地球的速度快很多。
目前,我们从单纯的地面实验积累的对地球大气特性的认识还不充分、模型不完全,返回器高速返回条件下的气动、热防护、高速返回的导航制导与控制系统(GNC)物理模型和数学模型掌握不完全。为确保“嫦娥五号”任务成功,必须“把实验室从地面搬到天上”。
科普记者观察:原来“小飞”是一个并不老练的司机,受命走一条没走过的路。路况陌生、复杂、多变。又偏偏一路下坡刹不住车,车体车轮摩擦得滚烫。可得把好了GNC方向盘,当务之急——把自身速度降下来。
3 怎样“平安到家”?
——别一猛子扎下去,“打个水漂”再返回
中国探月工程副总指挥刘继忠:此次试验一大难点在于采用“半弹道跳跃式再入”方式返回地球。“打个通俗的比方,‘半弹道跳跃式再入’类似于我们在河边拿起石头打水漂。这个特殊的返回轨道目的在于降能减速,确保飞行器返回。”
中国探月工程三期副总设计师郝希凡:啥叫半弹道?没有浮力抛物线落下,就叫弹道;半途打了个水漂弹出去了,就是半弹道。再入,就是以接近第二宇宙速度进入大气层,经跳跃式弹起后,再次进入大气层,在内蒙古中部地区着陆。
科普记者观察:不知道“小飞”打水漂的功夫如何。但是记者对中国航天导航制导与控制系统(GNC)技术很有信心。信心并非凭空而来,记者多次采访负责这项技术的中国航天科技集团502所。这里一拨“70后”“80后”非常敬业、优秀。还记得2013年12月14日,“嫦娥”三号成功落月么?站得多稳啊,GNC控制得好!
4 “小飞”这“探路”要花几天?
——小长差:8天多
中国探月工程副总指挥刘继忠:飞行试验器发射升空后将经历星箭分离、地月转移、月球近旁转向、月地转移、返回地球附近、再入返回地球等六大关键节点。整个过程大约8天左右。
科普记者观察:8天,奔月、绕月、返回。好辛苦呀!“小飞”好运,科研人员加油!(新华社西昌10月23日电，新华社记者 余晓洁 杨维汉)
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探月“绕”“落”“回”三步走
2017年前后走最后一步 执行“嫦娥五号”任务
“绕”为一期,研制和发射我国首颗月球探测卫星,实施绕月探测。这一阶段主要任务是研制和发射月球探测卫星,突破绕月探测关键技术,对月球地形地幔、部分元素及物质成分、月壤特性、地月空间环境等进行全球性、整体性与综合性的探测,并初步建立我国月球探测航天工程系统。
“落”为二期,进行首次月球软着陆和自动巡视勘测。主要任务是突破月球软着陆、月面巡视勘察、深空测控通讯与遥控操作、深空探测运载火箭发射等关键技术,研制和发射月球软着陆探测器和巡视探测器,实现月球软着陆和巡视探测,对着陆区地形地貌、地质构造和物质成分等进行探测,并开展月基天文观测。
“回”为三期,进行首次月球样品自动取样返回探测。主要任务是突破采样返回探测器小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等技术;在现场分析取样的基础上,采集关键性样品返回地球,进行试验室分析研究;深化对地月系统的起源与演化的认识。
“嫦娥一号”卫星圆满完成一期“绕月”使命;“嫦娥二号”作为“嫦娥三号”先导星,为“嫦娥三号”验证了部分关键技术并对预选落月区域进行了重点探测;“嫦娥三号”实现了我国航天器首次地外天体软着陆探测。
“嫦娥三号”任务圆满成功后,我国探月工程全面进入第三期,计划于2017年前后执行“嫦娥五号”任务,实现无人自动采样返回。
(据新华社)
穿“金衣”着“白甲” 揭秘探月“小飞”
新华社记者 王敏 杨维汉
“我国将首次实施再入返回飞行试验,飞行器将于24日至26日择机发射。”执行此次任务的“小飞”,是“嫦娥五号”的“探路小兵”,它长什么样,由哪几部分组成?主要任务目标是什么?面临的风险有哪些?“小飞”的娘家人——中国航天科技集团第五研究院的专家们,向记者揭开了“小飞”的神秘面纱。
素描“小飞”:“大块头”和“小不点”
飞行试验器总指挥、总设计师杨孟飞介绍,飞行试验器由服务舱和返回器组成,其中,服务舱是名副其实的“大块头”,而返回器是与“大块头”紧密相连的“小不点”。
飞行试验器共有十一个分系统,即:结构分系统、机构分系统、热控分系统、数管分系统、供配电分系统、测控数传分系统、天线分系统、工程参数测量分系统、GNC、服务舱推进分系统、回收分系统。服务舱以嫦娥二号卫星平台为基础进行适应性改进设计,而返回器则与探月三期正式任务中返回器的状态基本保持一致。
“小飞”“出阁”为何快?
激流勇进的深空探测舞台向来讲求争分夺秒、以快为先。我国计划于2017年在海南文昌航天发射中心发射嫦娥五号月球探测器,进行无人自动采样返回试验。而实施月地返回、半弹道跳跃式高速再入返回、返回器气动外形设计、返回器防热设计、验证半弹道跳跃式再入制导、导航与控制以及轻小型化回收着陆技术等六大技术难点是决定任务成败的关键。为了验证这些无法在地面进行试验的技术,“小飞”甘当开路先锋,与时间赛跑。
“小飞”这么快就“出阁”,得益于不断提速的探月工程实施进程。中国科学院院士、五院科技委顾问叶培建指出,探月工程“绕、落、回”三步走的战略步骤,相互关联,又不完全顺序排列,拿二期工程“落”和三期工程“回”来说,两期任务各自有安排。从嫦娥一号、二号到三号任务,每次任务都完成的十分出色,原有的一些备份星的计划安排也就相应做了调整,整个探月工程的进程实际上加快了。
“小飞”:娇小却坚强
与神舟飞船“大哥哥”的强壮身形相比,“小飞”身姿娇小婉约,它的返回器只有神舟飞船返回舱的十分之一。
可别被“小飞”婉约的气质所倾倒,由身着金色多层材料的服务舱、银色返回舱组成的“小飞”,远看犹如穿“金衣”着“白甲”的将领。“娘家人”五院为它量身订制了各类“钢筋铁骨”,可以说它是“飞坚强”。
深空探测从来就没有康庄大道,探索路上遍布荆棘和未知的挑战。据杨孟飞介绍,此次“小飞”出行,如何安全地“回娘家”就是一个艰巨的挑战。如从高空往下扔石头一样,距离地面越高,石头落地的速度就越快,“小飞”要从距离地球38万公里的月球返回,到达地球时的速度将会十分“恐怖”,与之相随的摩擦热防护等风险严重威胁着“小飞”,它的主要任务就是解决怎么顺利飞到月球和怎么从月球安全和顺利地回来。
为了节省发射成本,“快、好、省”地验证这一技术,五院的科技工作者巧妙设计了“小飞”娇小的外形和强健的体魄,并在新产品、新技术、新工艺上下足了功夫,通过一系列的技术创新,为“小飞”武装起了更轻量、更稳定、耐高温性更强的“霓虹羽衣”,为它在天地的自由、安全驰骋保驾护航。
(据新华社西昌10月23日电)
6项关键技术
新华社西昌10月23日电 (记者 余晓洁 吴晶晶)据了解,这次飞行器试验的目的是通过真实飞行,获取试验数据,验证未来探月三期主任务星“嫦娥五号”以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)再入返回地球的相关轨道设计、气动、热防护、制导导航与控制等关键技术,为“嫦娥五号”执行“无人自动取样返回”积累经验。
总而言之,这次只是为“嫦娥五号”执行任务之前所做的一次飞行试验。探月工程三期副总设计师郝希凡表示,这次飞行任务将为探月三期验证6项关键技术。
第一、验证返回器气动外形设计技术。利用飞行试验获取数据对返回器气动设计的正确性进行验证,通过数据分析比对修正返回器气动设计数据库。
第二、验证返回器防热技术。通过飞行过程中防热结构温度变化历程对防热结构设计进行评估,提高热分析的准确性。测量返回器热蚀情况。
第三、验证返回器“半弹道跳跃式”高速再入导航制导与控制系统技术。
第四、验证月地返回及再入返回地面测控支持能力。针对返回器高动态、散布范围大、跟踪捕获难等特点,综合开展总体设计、分析和试验。
第五、验证返回器可靠着陆技术。利用返回器内侧、外侧、遥测和气象数据对返回器可靠着陆技术进行验证。
第六、验证返回器可靠回收技术。通过返回器搜索回收,验证空地协同搜索回收工作方法,同时具备地面独立搜索能力。
