嫦娥六号31马赫5000KM返回,如何确保万无一失,10环着陆?

光电科技君 2024-06-25 09:50:43

嫦娥六号即将返回地球,在5000千米的太空,轨道器和返回器分离时,其速度接近第二宇宙速度,以10.9千米/秒的速度冲入地球大气层,这要比神舟飞船返回还要快4千米/秒,它是如何确保万无一失的同时,实现10环以上精准着陆的呢?

其实,经历过嫦娥五号成功返回地球的经验,大家都已经知道“水漂弹道”这个技术,只不过这个还只是其一,真正厉害的却是整个“月-地返回系统”的建立。

按照计划,嫦娥六号大约在6月25日12点50分实施“轨反分离”,返回舱以10.9千米/秒速度自由飞行,换算下来就是31马赫速度冲5000千米冲入地球,进入两次再入和着陆阶段:

初次再入阶段:大约在13点10分左右,位于索马里以东的印度洋上空,距离地面高度达到了120千米的返回舱开始调整其姿态,正式进入再入走廊。

这个过程持续了大约三分钟,期间返回舱进入了黑障区,即因高速飞行而产生的无线电信号中断区域。在较高的升力作用下,返回舱成功跃出大气层,进入了自由飞行状态。

第二次再入阶段:紧接着,在13时22分左右,当返回舱的高度降低至大约100千米时,它以约7.8千米/秒的速度在青海省上空再次进入再入飞行状态。同样,它也再次进入了黑障区。经过大约四分钟的飞行,返回舱成功飞出了黑障区。

着陆阶段:随着高度的进一步降低,在13时31分,当返回舱的高度达到10千米,速度已减至数十米/秒时,它在中国内蒙古上空打开了降落伞。经过一系列精确的操控和减速,最终在13时41分,返回舱成功着陆在预定的四子王旗着陆点。

着陆精度预计可以达到嫦娥五号时的“10.8环”,远远高于预计的10环。要知道美国阿波罗探月器只能溅落在海上。

可不是海上着陆更安全、更方便,那是因为当时他们根本没有掌握“水漂弹道”返回技术,直到2022年“猎户座”返回才初步掌握,而我们已经用了十几年。

从2014年11月1日,嫦娥五号的T1试验飞行器首次完整地完成了跳跃弹道返回作业,到后来在2020年12月17日嫦娥五号实施了第二次跳跃弹道返回,这一次已经是第三次了。掌握了该技术,实际上就能掌握太阳系所有飞行器返回技术。

“水漂弹道”、“跳跃弹道”其实叫做“高速半弹道跳跃式再入返回技术方案”,也就是俗称的“太空打水漂”。

此类技术不但要求嫦娥六号的返回器防热材料可以经受起1万摄氏度的高温,还要经受起极端的瞬间升温。高达31马赫的高超音速再入地球大气层,如果没有这个技术,下来的就只能是灰烬。

幸好我国研制出了领先世界的隔热材料,并且在嫦娥五号、嫦娥六号上加强了全系统设计。

返回器整体重量仅300公斤,但是它们结构与防热、供配电、数据管理、测控通信、导航与控制、回收着陆、热控以及探测载荷等分系统应有尽有。也因此具备调节再入角的独角秘籍。

嫦娥六号返回器可以在再入时,以特殊的角度“-5.75°±0.2°”再入,这个“再入角”调节是个系统工程,可以实现最大航程调节能力,纵向航程可在5600至7000千米之间调节。

航程长了,速度也就降下来了。加上还具备200千米横向调节能力,所以精准瞄准就成为了可能。那么既然是“打水漂”,嫦娥六号返回器是怎么“跳起来”的呢?

这就是要看返回器配置的12台姿控发动机威力了。

在他们的控制下,返回器滚动角度发生变化,从而改变升力变化。在100公里卡门线以7.04千米/秒速度冲上太空,开始一段时间的惯性飞行。

再一次进入时,基本就和神舟飞船返回舱再入一样,采用“半弹道式再入返回程序”,最终在距离地面10千米高度打开降落伞减速,直到着陆地面。

值得一提的是,即便是开伞减速,也十分考验开伞前飞行精度和控制精度,这里面有一个“返回任务全程的全数字全系数自适应预测校正制导技术”贯穿了整个再入返回全过程。

因此,看起来嫦娥六号是因为“水漂弹道”保障万无一失,100%正中靶心,实际上是一个系统工程,除了多项技术结合之外,全系数自适应预测校正制导技术和以后会运用在新一代飞船上的黑障区通信技术等,都为我国以后“地月转移航班化”奠定坚实基础。

嫦娥六号是我国探月工程“绕落回”的收官之作,首次实现了人类从月背采样返回的壮举,也进一步实现了中国登月100%成功的承诺。

未来,她的弟弟妹妹们,还将为我国建立月球科研基地服务,也许不用太久,我们前往月球,或者从月球出发前往太空深处,就会到来。

我记得航天员汤洪波的侄子说:航天员就是在宇宙插满五星红旗。我相信当他们去当航天员的时候,就是去宇宙“插旗子”的时候了。

这一天,我们等了太久。

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光电科技君

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