12月17日凌晨，嫦娥五号带着中国科学家梦寐以求的月球样本，稳稳降落在内蒙古四子王旗，宣告了我国首次月面自动采样返回任务取得圆满成功。

    嫦娥五号的荣耀归来，引发公众对我国探月工程的空前关注，而对于嫦娥五号带月壤回家的过程及后续更是成为关注的焦点。

    为什么选择“打水漂”方式回家？

    一般再入航天器有三类，分别是弹道式再入航天器、弹道-升力式再入航天器和升力式再入航天器。而中国探月工程则采用了一种全新的“打水漂”再入方式——半弹道跳跃式再入返回。

    这种“打水漂”的返回方式在科学上称为“半弹道跳跃式再入”，其中有两个关键词“半弹道”和“跳跃”。

    “半弹道”是指航天器在进入地球大气层时，可在一定程度上通过控制气动升力来控制落点方向，区别于“弹道式”返回的完全无升力协助；“跳跃”则是指航天器进入大气层后，由于气动升力的作用，再向上跃起，做出飞出地球大气层的动作。随后，航天器会在地球引力作用下，重新返回地球大气层。

    为什么要采用这种方式？其实这种返回方式绝不是为了好玩儿，其背后有深刻的科学道理。

    近地轨道航天器再入返回大气层时，速度通常为每秒约7.9公里的第一宇宙速度。而嫦娥五号从月球风驰电掣般向地球飞来，速度接近每秒11.2公里的第二宇宙速度。每秒3公里多的速度差，带来的力道大不相同。假如嫦娥五号冲劲过猛，一头撞向地球，整个任务都将前功尽弃。

    要避免这种风险，首先要解决速度的问题。

    这是一个世界级的难题。科研人员在反复学习、研究美苏经验的基础上，结合我国航天器实际情况，决定借助地球大气层这个航天器再入返回的天然屏障。

    半弹道跳跃式再入返回便是一个大胆方案。

    “就像在太空中打水漂一样，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度扎入大气层，返回地面，整个过程环环相扣。”中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器总体主任设计师孟占峰介绍说。

    为什么“外衣”能耐3000度高温？

    此次“嫦娥五号”探测器返回地球，是以第二宇宙速度——11.2公里/秒进入大气层，高速摩擦将在探测器表面产生3000℃的高温，是什么样的防热材料能让“嫦娥五号”不惧高温灼烤，保护正常运行、安全返回？

    见过神舟飞船返回舱一定会对它那乌黑的外表印象深刻，这是被大气层剧烈摩擦产生的高温烧灼而成的，而嫦娥五号遇到的温度将会更高。五院嫦娥五号探测器结构分系统主任设计师董彦芝介绍说，如果返回器再入的速度提高一倍，再入热量将提高8至9倍。

    如此高温一旦进入返回器内部，后果将不堪设想。防热成为必须攻克的难题。

    由于要保证运载承载能力，嫦娥五号返回器的质量受到了严格限制。不仅要求返回器结构本身采用轻量化设计，还需要采用新型低密度防热材料。

    为此，五院总体部防热结构设计团队针对月球轨道返回热环境、空间环境和重量的要求，提出了不同部位耐烧蚀和隔热的具体需求与指标，从33种新研材料中筛选出了7种防热材料，完成了防热材料的布局和局部防热结构设计，实现了我国防热结构设计由近地轨道再入到深空轨道再入的跨越。

    从防热结构设计、防热材料成型工艺研究、焊接工艺研究，到工程样机、结构器、热控器、专项试验验证器……设计团队为嫦娥五号精心“缝制”了一件“贴心防热衣”，成为它安全顺利返回家园的生命保证。

    （下转第2版）