◎本報(bào)記者 付毅飛
6月25日，攜帶著“月背土特產(chǎn)”的嫦娥六號(hào)返回器載譽(yù)歸來，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸，標(biāo)志著人類航天器首次月背采樣返回任務(wù)圓滿完成。
實(shí)際上，從太空到四子王旗預(yù)定落點(diǎn)的歸家路可謂環(huán)環(huán)相扣、不容有失。科技日報(bào)記者從中國航天科技集團(tuán)五院了解到，嫦娥六號(hào)安全回家的背后，有著一系列硬核技術(shù)和明星產(chǎn)品護(hù)航。
制導(dǎo)技術(shù)打出漂亮的“太空水漂”
嫦娥六號(hào)返回器從月球風(fēng)馳電掣奔向地球，速度接近第二宇宙速度，如何減速是其安全到家的關(guān)鍵。為此，返回器需要采用“半彈道跳躍式返回”方式。
這種方式也被形容為“太空水漂”。簡單說就是，返回器進(jìn)入大氣層后，會(huì)像打水漂一樣彈起，利用大氣層阻力和大氣摩擦產(chǎn)生的熱量消耗自身能量，隨后再次進(jìn)入大氣層，速度就會(huì)降到第一宇宙速度以下。
“太空水漂”的最大風(fēng)險(xiǎn)是第一次穿越大氣層。在這個(gè)過程中，大氣一方面要提供阻力降低返回器的速度；另一方面要提供升力，讓返回器在適當(dāng)降速后能夠順利躍起，按規(guī)劃路徑精準(zhǔn)返回。指揮嫦娥六號(hào)返回器完成這一高難度動(dòng)作的，是中國航天科技集團(tuán)五院502所研制的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制(GNC)系統(tǒng)。研制團(tuán)隊(duì)開展了大量模擬飛行試驗(yàn)，模擬了上千萬條飛行路線，以確保任務(wù)萬無一失。
要打出漂亮的“太空水漂”，所需的核心技術(shù)叫作“全數(shù)字全系數(shù)自適應(yīng)預(yù)測校正制導(dǎo)技術(shù)”。為了驗(yàn)證該項(xiàng)技術(shù)，我國于2014年專門發(fā)射了月地高速再入返回飛行試驗(yàn)器，并在嫦娥五號(hào)、嫦娥六號(hào)任務(wù)中成功應(yīng)用。
加工難度最高的“金鐘罩鐵布衫”
高速進(jìn)入大氣層的嫦娥六號(hào)返回器，需要經(jīng)受高溫?zé)频目简?yàn)。研制人員充分借鑒嫦娥五號(hào)返回任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)不同部位對耐燒灼和隔熱需求的指標(biāo)，為嫦娥六號(hào)返回器量身定制了既防熱又抗燒蝕的“外衣”。
要確保返回器從容應(yīng)對旅途風(fēng)險(xiǎn)，高質(zhì)量金屬殼體必不可少。中國航天科技集團(tuán)五院529廠研制人員為其打造了輕巧、堅(jiān)固的“金鐘罩鐵布衫”。這是目前航天器研制體系中難度最高的小型超薄蒙皮—桁條—隔框類焊接艙體。
由于嫦娥六號(hào)返回器尺寸小、蒙皮厚度極薄，對外形面輪廓度和艙體法蘭尺寸精度要求更高。各類艙體焊接類零件在與薄蒙皮進(jìn)行焊接時(shí)，均為壁薄、弱剛度大懸空區(qū)域結(jié)構(gòu)，若控制不好，會(huì)造成研制過程中應(yīng)力變形，影響艙體焊后的輪廓度。針對返回器球段法蘭的焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了分體式法蘭焊接工裝，大幅提高了艙體球段法蘭的焊縫質(zhì)量以及焊接變形控制效果，最終滿足了苛刻的整器外形面輪廓度要求。
確保安全著陸的“紅花”與“綠葉”
嫦娥六號(hào)返回器穿越黑障后，由中國航天科技集團(tuán)五院508所研制的降落傘開始為后續(xù)旅途接力護(hù)航。
為確保返回器安全著陸于預(yù)定地點(diǎn)，降落傘采用兩級(jí)減速方式。第一級(jí)降落傘是展開僅有2平方米的減速傘，負(fù)責(zé)幫返回器“踩一腳剎車”，隨后分離拉出主傘。第二級(jí)降落傘即主傘，展開面積約為50平方米，負(fù)責(zé)把返回器速度由時(shí)速300公里降低到時(shí)速50公里以內(nèi)。
回收任務(wù)中，除了降落傘這兩朵“紅花”，還有許多默默無聞的“綠葉”共同完成工作。這些“綠葉”包括回收控制器、壓力高度控制器、彈射器、非電傳爆裝置、連接分離機(jī)構(gòu)、減速傘脫傘器、傘艙、過載開關(guān)、天線蓋火工鎖等。
其中，回收控制器是回收系統(tǒng)的“大腦”，控制著每一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作。它會(huì)在返回器距離地球數(shù)千公里時(shí)進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)。
返回器進(jìn)入大氣層后，壓力高度控制器如“耳朵”一般，通過“耳膜”感受壓力，計(jì)算出返回器所處的高度。當(dāng)返回器到達(dá)距地面10公里左右時(shí)，它會(huì)向回收控制器發(fā)出信號(hào)，回收控制器隨即發(fā)出彈傘艙蓋點(diǎn)火指令。
接到指令后，4個(gè)彈射器瞬間將傘艙蓋推出。為保證它們同時(shí)均衡發(fā)力，需要非電傳爆裝置對彈射器進(jìn)行精準(zhǔn)同步轟擊。
在返回器落地瞬間，安裝于返回器底部的過載開關(guān)感受到著陸沖擊，會(huì)立即發(fā)出信號(hào)。接到通知以后，回收控制器便指揮彈射天線蓋、斷開電源等系列動(dòng)作。至此，帶著“月背土特產(chǎn)”的返回器平安回到地球。