北京时间12月17日1时59分,“采撷月壤”的嫦娥五号荣耀归来,稳稳着陆在内蒙古四子王旗,中国首次月面自动采样返回义务取得圆满乐成。

与嫦娥一号、二号、三号、四号4位“姐姐”相比,嫦娥“五女人”无疑是个幸运儿,由于执行自动采样返回义务而拿到了一张珍贵的地月旅行“往返票”。停止现在,世界上只有美国、苏联的航天器以及中国探月三期再入返回航行试验器乐成开展了绕月再入返回试验。

来自国家航天局的新闻称,作为我国复杂度最高、手艺跨度最大的航天系统工程,嫦娥五号义务乐成实现了多方面手艺创新、突破了一系列关键手艺,从太空以“打水漂”的形式带样返回地球,就是其中一个重大突破。

嫦娥五号返回器若何回家, “太空水漂”又是若何完成的?记者就此采访了嫦娥五号义务相关专家。

“嫦娥”回家惊心动魄900秒:太空“打水漂”高速归来 第1张(嫦娥五号以靠近第二宇宙速率返回地球示意图,中国航天科技集团五院供图)

在太空“打个水漂”再回来

很多人都试过“打水漂”,找一片薄薄的石头或者瓦片,放低身姿,将石头或者瓦片斜贴着水面掷出,有意思的一幕便会泛起:石头或者瓦片扎入水里后又会快速跃出,回到空中,再扎入水里,又回到空中……云云重复多次。

这次,嫦娥五号返回器就是在太空中打了“水漂”之后回来的。

这个“太空水漂”,航天术语叫“半弹道跳跃式返回”,即在返回器第一次进入大气层一定“深度”并滑行一定距离后,调整返回器姿态,使其再次升高,随着返回器的升高,其速率会进一步降底,在降到第一宇宙速率以下时返回器便不再知足成为一颗地球卫星的基本条件,再次最先着落,然后以类似神舟飞船的返回历程返回地球,后面的“回家”方式就轻车熟路了。

“为什么要接纳这种‘打水漂’的形式回家呢?” 中国航天科技集团五院总体设计部嫦娥五号探测器总体主任设计师孟占峰告诉记者,嫦娥五号返回器从月球归来的速率是高达每秒11.2公里的第二宇宙速率,而一样平常从近地轨道返回的航天器速率大多为每秒7.9公里的第一宇宙速率,可别小看了这每秒3公里多的差距,航天器若是以过高的速率进入大气层,摩擦发生的猛烈高温将带来极大风险,因此必须解决“减速”问题。

中国航天的轨道设计师们,决议借助地球大气层这个航天器再入返回的天然屏障,让返回器在太空中潇洒地打个“水漂”。

“返回器先是高速进入大气层,再借助大气层提供的升力跃出大气层,然后再以第一宇宙速率扎入大气层,返回地面,整个历程环环相扣,在15分钟内完成。”孟占峰说。

这短短900秒的旅行,凝结了设计师们无数的心血,一次次剖析、一次次盘算、一次次论证、一次次试验……绞尽了脑汁,费尽了心思,最终成就了太空中精彩一跃,为探测器平安顺遂返回打牢了基础。

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固然,高科技加持的“太空水漂”与人们儿时在池塘边玩耍的“打水漂”照样差别的,小时候玩的瓦片儿一旦投掷出去便不再可控,但嫦娥五号返回器的“太空水漂”全历程都是可控的。

五院502所专家告诉记者,嫦娥五号返回器中的盘算机遇凭据当前的位置和速率信息,连系落点位置举行制导处置,自动规划出一条从返回器当前位置到打开降落伞地址的最佳航行路径,然后通过向安装在返回器外的发动机发送喷气控制指令,调整返回器姿势,使返回器沿着规划出的轨迹航行,最终使返回器“条条大路通落区”。

“可以说,在六七千公里的航行历程中,在允许的误差范围内,嫦娥五号返回器可以‘自由飞翔’。”五院502所专家说。

回家途中高温“拦路虎”

嫦娥五号返回器回家途中的另一个“拦路虎”就是高温。

见过神舟飞船返回舱的人一定对它黝黑的外表印象深刻。这是返回舱从近地轨道返回地球时,被大气层猛烈摩擦发生的高温烧灼而成的。

“再入的速率提高一倍,再入热量将提高8至9倍!高速进入大气层时摩擦发生猛烈高温,热量急剧提升为航天器返回带来伟大挑战。”中国航天科技集团五院总体设计部嫦娥五号探测器结构分系统主任设计师董彦芝说,云云高的温度一旦进入返回器内部,结果将不堪设想。

若何防热、怎么匹敌烧蚀,成为必须攻克的难关。董彦芝告诉记者,由于运载承载能力的约束,嫦娥五号返回器的质量受到严酷限制。科研人员在设计历程中不仅需要新型低密度防热质料,还需要对返回器结构自己接纳轻量化的设计。

为此,中国航天科技集团五院总体设计部防热结构设计团队为探测器巧妙设计了一件“知心防热衣”――

首先,针对月球轨道返回热环境、空间环境和重量的要求,科研人员提出了差别部位耐烧蚀和隔热的详细需求与指标,从33种新研质料中筛选出了7种防热质料,完成了防热质料的结构和局部防热结构设计,实现了我国由近地轨道再入到深空轨道再入的防热结构设计跨越;

其次,科研人员提出了三维传热烧蚀剖析方式,接纳整体变厚度、变密度,分区域、偏轴设计方案,突破了轻量化设计关键手艺,并行使一维烧蚀剖析和三维温度场剖析相连系的数值剖析方式,实现了用周全的局部烧蚀试验取代整器烧蚀试验,为试验义务的乐成奠基了基础。

董彦芝告诉记者,从防热结构设计、防热质料成型工艺研究、焊接工艺研究,到工程样机、结构器、热控器、专项试验验证器、正样器……嫦娥五号探测器的防热“霓裳羽衣”经心“缝制”而成,成为其平安顺遂返回地球家园的生命保证。

按计划,接纳后的嫦娥五号返回器在完成需要的地面处置事情后,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,中国首次地外天体样品储存、剖析和研究相关事情也将随之启动。

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1 条回复
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    (2021-05-25 00:03:14) 1#

    地球是圆的是人所共知的事。美滴很!

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