中国探月再给国人一个惊喜(上)-探月工程三期再入返回飞行试验任务透视.docx

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中国探月再给国人一个惊喜（上）

探月工程三期再入返回飞行试验任务透视

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潘晨庞丹五轩

10月24日，由中国空间技术研究院研制的再入返回飞行试验器，在西昌卫星发射中心由长征三号丙运载火箭发射升空，准确进入近地点高度为209公里、远地点高度为41.3万公里的地月转移轨道，开始我国首次绕月再入返回试验，我国探月三期大幕正式拉开。经过8天的月地往返，11月1日，再入返回飞行试验器在科技人员的精准控制下，服务舱和返回器顺利分离，返回器准确降落在我国内蒙古主着陆场。至此，我国探月三期再入返回飞行试验任务圆满成功。此举标志着我国已完全突破掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回关键技术，使我国成为掌握跳跃式再入返回飞行技术的国家，从而为探月三期任务的实施奠定了基础。

再入返回飞行试验器履行使命艰巨

众所周知，我国月球探测工程分为“绕、落、回”三期来实施。根据“三步走”发展战略，通过嫦娥一号、二号和三号月球探测任务的实施，我国已圆满完成探月一期和二期工程中确定的“绕月”和“落月”的任务。

2011年1月7日，国务院正式批复立项实施月球探测三期任务。按照探月工程总体安排，我国月球探测三期任务包括嫦娥五号、嫦娥六号两次飞行任务。根据有关部门制订的计划，我国将于2017年发射嫦娥五号探测器系统，执行探月三期工程首次飞行任务。其任务目标是：实现月面无人自动采样返回，并开展月面就位探测和月球样品地面分析研究。此次飞行以获取月球样品并返回为成功的标志。

根据技术发展的需要，按照探月工程三期研制总要求，在嫦娥五号探测器系统实施正式任务之前，计划于2014年发射再入返回试验器，模拟接近于真实飞行过程的返回再入条件，开展一次返回再入飞行试验。飞行试验的目的是模拟接近于真实飞行过程的返回再入条件，有效验证返回再入气动与防热技术、跳跃式返回再入导航与控制等关键技术，确保返回器技术方案的可行性和正确性，为探月三期任务的顺利实施提供保证。

人们也许会问，我国早已于上世纪70年代初就掌握了卫星回收技术，特别是连续发射成功10艘神舟飞船，多次圆满完成返回舱回收任务，航天器天地往返技术已非常成熟，那么，为什么在嫦娥五号探测器系统发射前，还要发射再入返回飞行试验器？

在探月三期工程中，返回器能否安全再入返回，是实现任务目标的关键。月球探测器的返回器从月球上的返回再入与我国以往的返回式卫星和神舟飞船返回舱回收技术相比，具有很大的不同。返回式卫星和神舟飞船的返回舱是从距地球300多公里的近地轨道以第一宇宙速度返回，探月三期返回器的返回是在距地球5000公里的高度上实施探测器的任务舱与返回器分离，以近第二宇宙速度运用半弹道跳跃返回方式再人大气层，并在预定区域着陆。在这个高度上返回器的再入与近地轨道航天器返回再入相比，具有速度高、航程远、热流密度和总加热量更大、总加热时间长等特点，这给返回器的气动外形与热防护设计，再入制导、导航与控制(GNC)，安全回收与着陆等关键技术环节，都提出了很大的挑战，在这种状况下实施航天器的再入返回，我国以往从未实施过。正如我国航天专家叶培建院士所介绍的，探测器从距离地球38万公里的月球返回时，必须是在接近第二宇宙速度下进行，而返回器以如此大的速度返回地球将面临一系列风险和考验，这是因为这个时候返回器不但速度非常快，而且因为与大气剧烈摩擦加剧，表面温度更高，风险异常巨大，要想解决这些难点，需要非常复杂的系统设计，而且必须提前试验。进行这样的试验在现有条件下，根本无法在地面进行模拟，所以，只能在太空进行。基于此，为了降低三期工程研制的风险，就要验证半弹道跳跃式再入返回飞行的可行性，确保返回器技术方案的正确性。通俗地说，发射再入返回试验器的任务使命就是验证解决探测器怎么顺利飞到月球和怎么从月球安全地回来的问题。

飞行试验器的任务目标是：通过发射再入飞行试验器，验证半弹道跳跃式返回器再入气动设计；验证返回器防热设计；验证返回再入GNC技术；验证轻小型化回收技术；完整模拟正式任务中的月地转移和返回再入飞行过程；模拟正式任务中返回器与轨道器分离过程；验证测控与回收系统接口的匹配性，从而获取试验数据，确保嫦娥五号返回器技术方案的正确性和可实现性。同时，结合飞行试验，部分验证地面测控与回收等系统的关键技术与任务执行能力，为探月三期正式任务的顺利实施奠定基础。

飞行试验器组成及研制中面临的六大挑战

飞行试验器由返回器和服务舱两部分组成，发射状态下的重量为2450千克。其中服务舱是以嫦娥二号卫星平台为基础进行适应性改进设计，重量2117千克，主要任务是为返回器提供支撑平台、电源和信息通道。在服务舱和返回器联合飞行状态下，服务舱为整器提供电源，接收地面指令并下传舱器遥测数据，实现整器姿态与