嫦娥五号T1试验飞行器返回器成功实现再入返回

摘要

北京时间11月1日6时41分,嫦娥五号T1试验飞行器(CE5T1)返回器成功在我国内蒙古自治区四子王旗预定主着陆场安全着陆。这标志着长达8天4小时40分钟的中国探月工程三期再入返回飞行试验获得圆满成功。此次成功为探月工程三期任务的实施奠定了坚实的基础。

北京时间11月1日6时41分,嫦娥五号T1试验飞行器(CE5T1)返回器成功在我国内蒙古自治区四子王旗预定主着陆场安全着陆。这标志着长达8天4小时40分钟的中国探月工程三期再入返回飞行试验获得圆满成功。此次成功为探月工程三期任务的实施奠定了坚实的基础。

嫦娥五号T1试验飞行器由服务舱、返回器两部分组成,全重约2350kg。服务舱以东方红3号卫星平台(DFH3)为基础研制,具备留轨开展科研试验功能。返回器为新研制产品,外形与神舟系列载人飞船返回舱相像,直径和高度都约为1.25m,质量约330kg,具备返回着陆功能。

嫦娥5号T1飞行试验器示意图

嫦娥5号T1飞行试验器示意图

试验飞行器是北京时间10月24日2时由长征3号丙改二型火箭(CZ-3C/G2)在西昌卫星发射中心发射升空的。火箭飞行1,106.7秒后器箭分离,试验飞行器进入近地点高度为209km、远地点高度41.3万千米的地月转移轨道。

长征3号丙改二型火箭发射现场照片组图,新华社发

长征3号丙改二型火箭发射现场照片组图,新华社发

嫦娥5号T1飞行试验器理论轨迹

嫦娥5号T1飞行试验器理论轨迹

经过两次中途轨道修正之后,试验飞行器于10月27日11时30分进入月球引力范围。在月球引力作用下,试验器轨道倾角发生自主变化,开始做月球近旁转向飞行;并于28日19时40分离开月球引力影响球,进入月地转移轨道。试验器在转向飞行期间,曾启动多台相机对月球、地球进行多次拍摄,获取了清晰的地球、月球和地月合影图像。

地月合影

地月合影

回望地球

回望地球

月球背面局部

月球背面局部

10月30日,北京飞控中心对试验飞行器进行了一次中途轨道修正。11月1日试验飞行器进入整个航程中最关键和最惊险的时段:再入返回。北京时间当日5时53分,试验飞行器的服务舱和返回器分离,此时试验飞行器舱器位于南大西洋上空,距离地面约5,000km,速度为约10.8km/s。分离后,返回器进入自由飞行状态。6时10分接到建立返回再入姿态指令,此时返回器位于索马里以东印度洋上空,距离地面120km;2分钟后进入再入走廊,开始持续三分钟的初次再入并进入黑障区。6时15分第一次升力控制结束,返回器被反弹回大气层外,进入自由飞行状态,此时速度降低到第一宇宙速度。6时22返回器在中国青海上空转入第二次再入飞行状态,再次进入黑障区;4分钟后,返回器第二次飞出黑障区。6时32分在中国内蒙古上空距地面约10km时返回器执行弹伞舱盖指令;十几秒后,减速伞弹出,并带出庞大的主减速伞。6时41分返回器成功着陆在四子王旗预定着陆点附近,5分钟后就被搜索队找到。整个再入返回阶段,返回器飞行了约2万千米。

返回器返回过程示意图

返回器返回过程示意图

返回器着陆回收现场照片组图,新华社发

返回器着陆回收现场照片组图,新华社发

返回器着陆回收现场照片组图

返回器着陆回收现场照片组图

最新消息,返回器已经于1日15时许被运抵北京。另据报道,服务舱与返回器分离后已进入地月轨道,将在飞控中心控制下进行为期半年的拓展试验。服务舱后续将飞赴地月L2点,在绕地月L2三圈后,还将飞往月球进行环月飞行,以验证嫦娥五号任务相关飞控技术。

此外,本次与试验飞行器一起升空的,还包括两个国外民间组织研制的月球探测器,分别为卢森堡LuxSpace公司制造的4M无线电信标,和“哥本哈根次轨道”等民间组织共同发起的一个众筹探月计划的“口袋飞船”微型试验飞行器PS86X1。这两个微型装置附着在长三丙改二型火箭的上面级当中,该上面级也将飞过月球表面。

扩展阅读:

目前从月球轨道以外返回地球的方式主要有两种:一种是弹道式,一种是半弹道、跳跃式。前者的代表是苏联的“月球24号”(Luna-24)无人采样月球探测器、美国的“星尘”(Stardust)号无人采样彗星探测器;后者的代表则是苏联的“探测器7”号月球探测器、美国的“阿波罗11”号飞船,及中国刚刚成功的嫦娥5号T1返回器。

历史上首个完成绕月探测并返回地球的探测器,是1968年9月14日苏联发射的“探测器5号”(Zond 5)。在经历了7天太空飞行后,该探测器的返回舱成功返回。但由于其自身控制系统发生故障,返回舱未实现跳跃式再入,而是以最高20G的再入过载,一头扎入印度洋,所幸返回舱内搭载的乌龟依然存活。

11月17日“探测器6号”(Zond 6)首次成功地实现了两次跳跃弹道,从南极上空进入地球大气层;从11 km/s减至亚轨道速度,然后弹回外层空间,最后落回苏联领土。但是整个跳跃式再入因为降落伞过早弹出撕裂,而没有降落在预定着陆点。

次年8月发射的“探测器7号”(Zond 7)首次完全成功地实现了跳跃式再入,软着陆地点离苏联哈萨克加盟共和国库斯塔奈(Kustanai)的预定着陆点仅50km。

1970年10月27日“探测器8号”(Zond 8)跳跃式再入时,苏联人尝试了不同的轨道;从北极上空进入地球大气层、弹跳、越过苏联领土,准确地落到了南印度洋上查戈斯群岛东南方730km的回收点,距离其回收船“塔曼”(Taman)仅24km。

此后苏联中止了“探测器”系列探月卫星的发射,其载人登月计划也无疾而终。

美国是第二个掌握绕月航天器重返地球技术的国家。美国第一个实现绕月并返回地球的航天器是阿波罗8号,时间是1968年12月27日,仅比“探测器6号”晚了一个多月;但阿波罗8号搭载了三名宇航员。阿波罗飞船指令舱进入地球大气层的方式属于半弹道式,为了延长再入距离、减小再入过载和总热流,指令舱进入大气层后也有一个向上跳跃的动作。但和“探测器”系列以及嫦娥5号T1返回器不同的是,它没有重出大气层。

和弹道式相比,半弹道跳跃式重入的再入时间更长,再入过载可以更小。由于发热较低,还可以降低对防热层的要求,这些有利于载人返回;但缺点是对制导系统要求很高。目前已知美国新一代代号为“猎户座”的乘员探测飞行器(CEV),也将采用类似此次嫦娥5号T1返回器的跳跃再入方式。

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