北京時間12月17日1時59分，“採擷月壤”的嫦娥五號榮耀歸來，穩穩着陸在內蒙古四子王旗，中國首次月面自動採樣返回任務取得圓滿成功。
與嫦娥一號、二號、三號、四號4位“姐姐”相比，嫦娥“五姑娘”無疑是個幸運兒，因為執行自動採樣返回任務而拿到了一張珍貴的地月旅行“往返票”。截至目前，世界上只有美國、蘇聯的航天器以及中國探月三期再入返回飛行試驗器成功開展了繞月再入返回試驗。
來自國家航天局的消息稱，作為我國複雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程，嫦娥五號任務成功實現了多方面技術創新、突破了一系列關鍵技術，從太空以“打水漂”的形式帶樣返回地球，就是其中一個重大突破。
嫦娥五號返回器如何回家， “太空水漂”又是如何完成的？記者就此採訪了嫦娥五號任務相關專家。
在太空“打個水漂”再回來
很多人都試過“打水漂”，找一片薄薄的石頭或者瓦片，放低身姿，將石頭或者瓦片斜貼着水面擲出，有意思的一幕便會出現：石頭或者瓦片扎入水裏後又會快速躍出，回到空中，再扎入水裏，又回到空中……如此重複多次。
這次，嫦娥五號返回器就是在太空中打了“水漂”之後回來的。
這個“太空水漂”，航天術語叫“半彈道跳躍式返回”，即在返回器第一次進入大氣層一定“深度”並滑行一定距離後，調整返回器姿態，使其再次升高，隨着返回器的升高，其速度會進一步降底，在降到第一宇宙速度以下時返回器便不再滿足成為一顆地球衞星的基本條件，再次開始下落，然後以類似神舟飛船的返回過程返回地球，後面的“回家”方式就輕車熟路了。
“為什麼要採用這種‘打水漂’的形式回家呢？” 中國航天科技集團五院總體設計部嫦娥五號探測器總體主任設計師孟佔峯告訴記者，嫦娥五號返回器從月球歸來的速度是高達每秒11.2公里的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為每秒7.9公里的第一宇宙速度，可別小看了這每秒3公里多的差距，航天器如果以過高的速度進入大氣層，摩擦產生的劇烈高温將帶來極大風險，因此必須解決“減速”問題。
中國航天的軌道設計師們，決定藉助地球大氣層這個航天器再入返回的天然屏障，讓返回器在太空中瀟灑地打個“水漂”。
“返回器先是高速進入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然後再以第一宇宙速度扎入大氣層，返回地面，整個過程環環相扣，在15分鐘內完成。”孟佔峯説。
這短短900秒的旅行，凝結了設計師們無數的心血，一次次分析、一次次計算、一次次論證、一次次試驗……絞盡了腦汁，費盡了心思，最終成就了太空中精彩一躍，為探測器安全順利返回打牢了基礎。
當然，高科技加持的“太空水漂”與人們兒時在池塘邊玩耍的“打水漂”還是不同的，小時候玩的瓦片兒一旦投擲出去便不再可控，但嫦娥五號返回器的“太空水漂”全過程都是可控的。
五院502所專家告訴記者，嫦娥五號返回器中的計算機會根據當前的位置和速度信息，結合落點位置進行制導處理，自動規劃出一條從返回器當前位置到打開降落傘地點的最佳飛行路徑，然後通過向安裝在返回器外的發動機發送噴氣控制指令，調整返回器姿勢，使返回器沿着規劃出的軌跡飛行，最終使返回器“條條大路通落區”。
“可以説，在六七千公里的飛行過程中，在允許的偏差範圍內，嫦娥五號返回器可以‘自由飛翔’。”五院502所專家説。
回家途中高温“攔路虎”
嫦娥五號返回器回家途中的另一個“攔路虎”就是高温。
見過神舟飛船返回艙的人一定對它烏黑的外表印象深刻。這是返回艙從近地軌道返回地球時，被大氣層劇烈摩擦產生的高温燒灼而成的。
“再入的速度提高一倍，再入熱量將提高8至9倍！高速進入大氣層時摩擦產生劇烈高温，熱量急劇提升為航天器返回帶來巨大挑戰。”中國航天科技集團五院總體設計部嫦娥五號探測器結構分系統主任設計師董彥芝説，如此高的温度一旦進入返回器內部，後果將不堪設想。
如何防熱、怎麼對抗燒蝕，成為必須攻克的難關。董彥芝告訴記者，因為運載承載能力的約束，嫦娥五號返回器的質量受到嚴格限制。科研人員在設計過程中不僅需要新型低密度防熱材料，還需要對返回器結構本身採用輕量化的設計。
為此，中國航天科技集團五院總體設計部防熱結構設計團隊為探測器巧妙設計了一件“貼心防熱衣”——
首先，針對月球軌道返回熱環境、空間環境和重量的要求，科研人員提出了不同部位耐燒蝕和隔熱的具體需求與指標，從33種新研材料中篩選出了7種防熱材料，完成了防熱材料的佈局和局部防熱結構設計，實現了我國由近地軌道再入到深空軌道再入的防熱結構設計跨越；
其次，科研人員提出了三維傳熱燒蝕分析方法，採用整體變厚度、變密度，分區域、偏軸設計方案，突破了輕量化設計關鍵技術，並利用一維燒蝕分析和三維温度場分析相結合的數值分析方法，實現了用全面的局部燒蝕試驗代替整器燒蝕試驗，為試驗任務的成功奠定了基礎。
董彥芝告訴記者，從防熱結構設計、防熱材料成型工藝研究、焊接工藝研究，到工程樣機、結構器、熱控器、專項試驗驗證器、正樣器……嫦娥五號探測器的防熱“霓裳羽衣”精心“縫製”而成，成為其安全順利返回地球家園的生命保證。
按計劃，回收後的嫦娥五號返回器在完成必要的地面處理工作後，將空運至北京開艙，取出樣品容器及搭載物。國家航天局將擇機舉行交接儀式，正式向地面應用系統移交月球樣品，中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究相關工作也將隨之啓動。
來源：中國青年報客户端