嫦娥五号大获全胜，返回舱33马赫高速再入，为何选择打水漂着陆？

2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器经过20多天的太空任务，载着两公斤月壤样品成功着陆在内蒙古四子王旗预定区域，这是时隔44年来人类再一次获得月球土壤，这标志着我国制定的探月工程“绕、落、回”三步走战略规划如期完成，嫦娥五号的大获全胜让我国掌握了月地返回的关键技术，为接下来可能的载人登月奠定了坚实基础。

嫦娥五号返回器着陆

嫦娥五号是我国迄今为止难度最大、最为复杂的航天任务之一，一项主要任务就是月球取样，然后将其安全带回地球，因此为了能够保证月壤样品的完整性就必须设计一条可靠的“回家”路径，我国采用的就是全新的第二宇宙速度半弹道跳跃式再入返回技术，而让返回器“跳”一下是如何实现的呢？

嫦娥五号上升器月面起飞效果图

在嫦娥五号月球取样之前，只有大洋彼岸、苏联的月球探测器成功着陆月球并且安全返回，据悉国外再入航天器共分为3种类型，包括弹道式再入航天器、弹道-升力式再入航天器、升力式再入航天器。由于嫦娥五号返回器以第二宇宙速度再入大气层，高温效应更加严重，为了延长减速过程和冷却时间，降低高温对返回器的伤害，因此我国科研人员采用了全新的半弹道跳跃式再入方案。

高速半导弹跳跃式再入返回轨迹

嫦娥五号返回器在接近大气层时的再入速度接近第二宇宙速度，也就是每秒11.2公里，接近33马赫，民航客机高空巡航时的速度大约为900公里每小时，相当于每秒250米，也就是说第二宇宙速度相当于民航客机巡航速度的45倍，因此想要在如此速度下在距离地球60公里高处再次返回宇宙空间，能够成功实现太空“打水漂”，气动设计相当关键。

返回器再入大气层

相较于近地轨道航天器返回地球所处的环境不同，月球探测器由于高速再入会导致气流更加复杂，高温热效应、辐射加热影响较大，想要突破气动设计难题就必须解决外形、质心、数据三大难题，为此我国科研人员通过多方面试验，提出了适用于轻型半弹道式的气动设计方案、配平质心盒设计方法、适用于第二宇宙速度再入的气动特性计算方法等，并于2014年成功发射嫦娥五号T1试验器，该试验器采用了球冠钟形体构型，顶部安装有两片稳定翼，也就是“配平质心盒”，保证了返回器再入返回时的稳定性，此次嫦娥五号返回器就是继承了嫦娥五号T1试验器的设计方案。

嫦娥五号T1返回器

除了采用半弹道跳跃式再入返回技术来延长减速过程和降低温度外，嫦娥五号也首次采用了迎风面设计，返回器采用了全新的7种材料，针对于返回器“迎风面”和“背风面”专门选用了不同的材料，由于返回器迎风面承受的温度高，大底前端最高温度甚至达到了1万度以上，因此耐热材料的厚度要高很多，而背风面温度相对较低，耐热材料厚度相应的减少很多，为的就是减轻返回器的整体质量，这也是我国航天器的一个全新设计。

嫦娥五号T1试验器

此次嫦娥五号在完成月面采样后返回器之所以在太空停留数日，除了地球围绕月球公转的影响外，一个很重要的原因就是返回器采用的是钟形设计，缺点就是升阻比偏低，月地入射窗口期较窄。

嫦娥五号返回器

为了能够权衡高升阻比、配平质心盒设计，我国设计出了倒锥形新一代载人飞船，在航天器返回器上安装了一款大推力双组元姿态控制发动机，做到了可靠飞行、精准回收，落地着陆时甚至打出了10.8环的绝佳成绩。

新一代载人飞船

从我国实行的探月工程和新一代载人飞船来看，我国是在为下一步载人登月积累人才储备和技术，此次嫦娥五号采用的月球轨道交会对接方案也为载人登月奠定了技术基础，相信在中国航天人的努力下，相信不久的将来，月球上定会迎来第一位中国人！