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越星河,携月壤,嫦娥六号逐梦归(科技自立自强·逐梦深空)

时间:2024-06-26  来源:人民网-人民日报  作者:  浏览次数: 40 次

  嫦娥六号返回器回收现场。
新华社记者 金立旺摄

  在北京航天飞行控制中心屏幕上拍摄的嫦娥六号返回器与轨道器分离的动画模拟画面。
新华社记者金良快摄

  在北京航天飞行控制中心屏幕上拍摄的嫦娥六号返回器与轨道器分离后的动画模拟画面。
新华社记者金良快摄

  在北京航天飞行控制中心屏幕上拍摄的嫦娥六号返回器即将着陆的动画模拟画面。
新华社记者金良快摄

2024年6月25日14时07分,嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古自治区四子王旗预定区域,工作正常,标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功,实现世界首次月球背面采样返回。

嫦娥六号任务自发射后历经53天、11个飞行阶段,突破了月球逆行轨道设计与控制、月背智能快速采样、月背起飞上升等关键技术,首次获取月背的月球样品,这是我国建设航天强国、科技强国取得的又一标志性成果。

模拟上千万条飞行路线,确保顺利“太空打水漂”式返回

在先后完成发射、落月、采样封装、月面起飞、月球轨道交会对接、上升器与轨道器和返回器组合体分离等环节后,嫦娥六号开始准备返回地球。

嫦娥六号回家之路怎么走?

6月25日13时20分许,北京航天飞行控制中心通过地面测控站向嫦娥六号轨道器和返回器组合体注入高精度导航参数。此后,轨道器与返回器在距南大西洋海平面高约5000公里处正常解锁分离,轨道器按计划完成轨道规避机动。

13时41分许,嫦娥六号返回器在距地面高度约120公里处,以接近第二宇宙速度高速在大约大西洋上空第一次进入地球大气层,实施初次气动减速。下降至预定高度后,返回器在大约印度洋上空向上跳出大气层,到达最高点后开始滑行下降。之后,返回器再次进入大气层,实施二次气动减速。这一过程俗称“太空打水漂”,标准术语为“半弹道跳跃式返回”。

为何要“太空打水漂”式返回?中国航天科技集团五院科研人员介绍,嫦娥六号返回器从月球飞向地球速度非常快,返回过程必须减速。这样设计,目的是利用数千公里大气层的阻力和与大气摩擦产生的热量快速消耗返回器的能量,使其再次穿出大气层时速度已经降到第一宇宙速度以下,不再具备环绕地球飞行的条件而第二次进入大气层。

科研人员介绍,“太空打水漂”依靠全数字全系数自适应预测校正制导技术。为了验证该项技术,2014年,我国专门发射了月地高速再入返回飞行试验器并取得了圆满成功,这是该项技术的首秀。嫦娥五号任务是第二次采用该项技术,嫦娥六号月背自主采样返回任务的成功,再次验证了该项技术的强适应性、高精准度和高稳定性。

“太空打水漂”过程中,既要让返回器减速适中,还要在固定的位置穿出大气层,为实现这一目标,科研人员在制导导航和控制系统的研制过程中开展了大量模拟飞行试验,并模拟了上千万条飞行路线,确保过程的顺利和返回的高精度。

此外,嫦娥六号返回器在返回大气层时速度高达每秒7公里到11公里,因高速剧烈摩擦,返回器表面形成高温等离子气体层,并对电磁波造成屏蔽形成“黑障”,导致通信中断,返回器暂时失去联系。中国电子科技集团有限公司技术专家介绍,应对挑战,中国电科自主研制的多部测量雷达担负了返回区首点截获、“黑障”区连续跟踪等任务,精准“看”到返回器在太空中的飞行轨迹,助力返回器成功穿越“黑障”区。

穿上“贴心防热衣”,降落伞帮助完成两级减速

除了减速,嫦娥六号顺利回家还要克服高温的影响。

中国航天科技集团五院科研人员介绍,嫦娥六号返回器虽然个头小,但是由于再入大气层速度快,高温烧灼不可避免。为保证返回器既防热又抗烧蚀,嫦娥六号返回器充分借鉴了嫦娥五号返回任务的经验,根据不同部位耐烧灼和隔热的具体需求与指标,制备了一件量身定制的“贴心防热衣”,保障其安全顺利返回地球。

此外,嫦娥六号返回器金属壳体科技含量也很高。科研人员介绍,由于返回器结构小,各类舱体焊接类零件在与薄蒙皮进行焊接时,均为壁薄、弱刚度大悬空区域结构,控制不好会造成研制过程中应力变形,影响舱体焊接后的轮廓度。针对返回器球段法兰的焊接结构特点,研制团队设计了分体式法兰焊接工装,大幅提高了舱体球段法兰的焊缝质量和焊接变形控制的效果,最终满足苛刻的整器外形面轮廓度要求。

在降至距地面约20公里高度时,返回器转入开伞姿态。距地面约10公里高度时,嫦娥六号返回器打开降落伞,完成最后减速并保持姿态稳定,随后准确在预定区域平稳着陆。

为确保返回器安全着陆于预定地点,降落伞以两级减速的方式,绽放两次“红白伞花”。其中,第一级降落伞是一朵只有2平方米的“小花”,即减速伞,它负责“踩一脚刹车”,对返回器进行初级减速,并在踩完刹车后分离拉出主伞。第二级降落伞是一朵约为50平方米的“大花”,即主伞,负责把返回器速度由数百公里每小时降低到不超过50公里每小时。

科研人员介绍,除了降落伞,回收系统中回收控制器、压力高度控制器、弹射器等也不可或缺。

其中,回收控制器是回收系统的“大脑”,控制着每一个关键动作。在返回器距离地球数千公里时,它便“苏醒”进入预备状态。返回器进入大气层后,回收系统的另一位成员——压力高度控制器如“耳朵”一般,时刻聆听着外面的“风声”,通过“耳膜”感受压力,以计算出返回器所处的高度。当高度达到预定的距地面10公里附近时,它会发出一个信号给回收系统的“大脑”,“大脑”随即发出弹伞舱盖的点火命令。

择机交接月壤,后续开展样品储存、分析和研究相关工作

嫦娥六号返回器着陆后,负责搜索回收任务的发射场工作人员与回收系统技术人员,根据北京航天飞行控制中心通报的落点位置信息,规划行动路径,开展返回器搜索,及时发现目标,确认返回器状态正常,有序开展回收工作。

为实现返回舱落地后第一时间到现场,今年5月开始,嫦娥六号返回器搜索回收任务分队第一批参试力量便进驻四子王旗着陆场进行准备。地面分队组织了10多次雨天、暗夜和复杂地形驾驶训练,对着陆区域先后进行了10多次勘查,累计出车50余台次,行驶里程近4万公里,实现了着陆区一手资料全覆盖。

按计划,回收后的嫦娥六号返回器在完成必要的地面处理工作后,将空运至北京开舱,取出样品容器及搭载物。国家航天局将择机举行交接仪式,正式向地面应用系统移交月球样品,后续开展样品储存、分析和研究相关工作。

2020年12月17日,嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品,这是人类首次获得的月表年轻火山岩区样品,也是中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品。截至目前,国家航天局已向国内131个研究团队发放7批次共85.48克科研样品,产出科技论文100多篇,取得了许多有价值的科研成果。比如,通过测定月壤样品形成年份,将月球火山活动结束时间推迟约8亿年,还发现了月球第六种新矿物“嫦娥石”等。

对嫦娥五号月壤的研究,推动了我国行星科学的发展,培养了行星科学研究的人才队伍,初步形成科学、技术、工程融合创新发展。“有了嫦娥五号月壤研究的积累,我们对嫦娥六号样品研究充满期待,也满怀信心。”中国科学院地质与地球物理研究所研究员贺怀宇说。

在圆满完成嫦娥六号任务后,鹊桥二号中继星将择机开展科学探测任务,其携带的极紫外相机、阵列中性原子成像仪和地月甚长基线干涉测量试验系统,将收集来自月球和深空的科学数据。

嫦娥六号“国际范儿”满满。本次任务搭载了欧空局月表负离子分析仪、法国氡气探测仪、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4个国际载荷,务实高效的国际合作受到国际社会广泛关注和好评。

“探索浩瀚宇宙是全人类的共同梦想,唯有开放合作才是正道。中国航天将坚持在平等互利、和平利用、包容发展的基础上,继续敞开胸怀、打开大门,不断拓宽国际合作渠道,组织实施好后续重大工程任务,为拓展人类认知、增进人类福祉而努力前行。”国家航天局局长张克俭表示。

(本报记者王靖远、朱田恬参与采写)

《 人民日报 》( 2024年06月26日 08 版)

责任编辑:李焱

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