隔熱涂層精確到克 軌道設定不差毫釐

　　航太專家講述“小嫦娥成長記”

　　中國探月工程三期中技術難度最高的“再入返回飛行試驗”11月1日以一次接近完美的著陸宣告成功，標誌著我國已全面突破和掌握航太器以接近第二宇宙速度的高速再入返回關鍵技術。多名參與研製的中國航太專家向《環球時報》記者揭示了這個為嫦娥五號重返地球探路的“小嫦娥”是“如何煉成的”。

　　軌道控制：“控制準”

　　11月1日淩晨5時許，北京航太飛行控制中心通過地面測控站向再入返回飛行試驗器注入導航參數；5時53分，飛行試驗器服務艙與返回器在距地面高約5000公里處正常分離，宣告整個試驗中最關鍵的“太空打水漂”開始。返回器的速度極快，而且再入大氣層時會因為進入黑障區暫時中斷通信，無法依靠地面引導，因此整個返回過程只能由返回器自主完成導航和軌道調整。在此過程中，負責返回器軌道控制的“制導、導航與控制系統(GNC)”技術完全由中國自主開發，它成功經受住實戰檢驗。飛行試驗器由中國航太科技集團五院研製，該院GNC分系統主任設計師戴居峰告訴《環球時報》記者，由於受太陽風、溫度等因素影響，高空天氣條件難以預測，返回器進入大氣層時可能遭遇各種情況。他們對此進行了上百萬次模擬試驗，確保返回器返回時無論遭遇哪種情況，都能找到預定方案進行軌道和姿態調整。

　　戴居峰介紹説，這次試驗給他印象最深的就是控制精度的“準”，這也是最大的難點所在。“在距離38萬公里的地月空間裏，飛行軌道精度必須控制在釐米級別，不然幾小時後積累的誤差就足以發散到讓任務失敗的地步”。他認為，把這次試驗對精度的要求形容為“在1000公里外命中一個一分硬幣大小的東西”可能還不夠準確，因為作為“靶標”的月球在不斷運動，科研人員需要提前估算出它的軌跡，這實際是數十萬公里外的一次交會。

　　在北京航太飛行控制中心的精確控制下，飛行試驗器成功實施2次軌道修正，10月28日晚，飛行試驗器完成月球近旁轉向飛行，進入月地轉移軌道，30日再次成功實施1次軌道修正後，準確進入“回家的安全通道”——返回走廊的窗口。北京航太飛行控制中心飛控總體主任設計師席露華説，“這次任務首次採用三站聯合接力跟蹤技術，目的就是為了盡可能提高飛行試驗器的測軌精度。”據她介紹，參與聯合接力跟蹤的三個測站均位於境外，在地理分佈上呈三角狀，可以確保實現高精度軌道測量。

　　地面裝配：“操作難”

　　11月1日6時13分，返回器以接近第二宇宙速度進入大氣層，實施初次氣動減速。下降至預定高度後，返回器向上躍起，跳出大氣層，到達跳出最高點後開始逐漸下降。之後返回器再次進入大氣層，實施二次氣動減速。《環球時報》記者在飛行控制中心注意到，返回器的飛行軌跡與預測的路線幾乎完全相同。戴居峰介紹説，返回器能否嚴格按照預定軌道飛行，除了控制精準外，對地面裝配作業也提出了近乎苛刻的要求。

　　航太科技集團五院飛行試驗器總裝技術負責人鮑曉萍介紹説，返回器是在神舟飛船返回器的基礎上縮小研製的，雖然它的個頭很小，只有300多公斤，但極其精密。據介紹，如果裝配時返回器的轉動慣量、品質等特性發生一丁點變化，系統實際運作時就會出現看似微小的偏差，然而在數十萬公里的太空飛行里程中，積累起來就會有很大的偏差。

　　此外，由於返回器在太空中是失重狀態，在地面裝配時卻不可避免會受到重力影響。因此裝配人員必須估算出重力對設備産生的變形等細微影響，並進行相應的校準，確保在太空失重環境下設備運作的精度。鮑曉萍説，返回器的個頭小，導致很多設備、電路、管路、支架等焊接和檢測時只能容納一個人操作，這種情況下要保證每個螺釘要擰緊、每個支架要安裝到位、每個焊點都焊接準確，做到“零缺陷”，難度很高。

　　因此返回器的地面裝配和調試工作可謂是精工細活。據《環球時報》記者了解，涂敷返回器外殼的防火材料時，每次都是以克為單位進行計算，使用了多少克材料，涂在什麼地方，都要嚴格記錄。有些設備安裝時需要涂膠，然而操作空間有限，而且重量還要嚴格控制，工作人員只能用針管一點點注射，然後用牙醫用的鏡子進行檢查。據介紹，這次試驗動用全國的龐大人力和設備，但在發射前準備階段只有10人有資格對飛行試驗器進行組裝操作。鮑曉萍説，組裝的十人團隊號稱“七鉗三電”：鉗工，負責機械部分安裝；電裝工，負責電子設備安裝。

　　開傘回收：“想不到的困難”

　　11月1日6時31分，在降至距地面約10公里高度時，返回器拋掉傘艙蓋彈出降落傘，隨後在預定區域順利著陸。這也讓航太科技集團五院飛行試驗器回收系統主任設計師榮偉松了一口氣。利用降落傘減速降落是整個試驗的最後一步，他承認，儘管此前已經負責多次神舟飛船返回艙的回收任務，但這次他的確感受到特別的壓力。

　　返回器首次再入大氣層結束後，飛行速度會下降到第一宇宙速度，因此第二次再入過程就與神舟飛船返回類似。榮偉透露，返回器的體積只有神舟飛船的1/8，但如果只是簡單地將神舟飛船的回收系統等比例縮小，根本行不通。榮偉解釋説，例如神舟飛船降落傘的傘繩有幾十根，如果按比例把返回器傘繩減成幾根，降落傘在空中難以成形，無法提供足夠的阻力減速。此外傘繩的直徑只有幾毫米，如按比例縮小，強度難以保證。

　　按照任務總體要求，返回器的重量和體積都受到嚴格限制。榮偉説，神舟飛船降落傘的面積達上千平方米，通過新材料很容易把重量減下來。但返回器的降落傘本身面積就不大，用新材料減重的餘地有限，只能靠系統設計來減重。而且返回器的品質小，受外界干擾更厲害。科研人員在試驗中發現，與神舟飛船沉重的傘艙蓋相比，返回器的傘艙蓋重量小，更容易受氣流擾動，直接影響開傘的可靠性。光為解決這個彈傘艙蓋問題，他們就進行了數十次測試。此外返回器在穿越大氣層時經受的高溫比神舟飛船更高，開傘裝置的工作溫度高了至少一倍，這也需要新技術來解決。據介紹，這個看似不起眼的開傘動作，其實技術含量很高。為研製不同高速下的開傘技術，美國用了十多年。

　　探月工程總指揮許達哲總結説，這次試驗任務的成功，大幅提升了中國對高速條件下高空稀薄大氣的氣動力、氣動熱、熱防護、制導導航與控制等技術機理的認識水準，提高了高速再入、稀薄大氣條件下的數學模型、物理模型精度，積累了高速近外層大氣飛行工程經驗，帶動了新材料的研製和航太裝備設計方法的創新。據介紹，科研人員將對回收後的返回器及此次再入返回飛行試驗獲得的數據進行深入研究，為優化完善嫦娥五號任務設計提供技術支撐。試驗器的服務艙將繼續在太空飛行，並開展一系列拓展試驗。