这些硬核技术护送嫦娥六号安全回家

2024-06-27 08:12:53 来源：中国科技网

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6月25日，携带着“月背土特产”的嫦娥六号返回器载誉归来，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆，标志着人类航天器首次月背采样返回任务圆满完成。

实际上，从太空到四子王旗预定落点的归家路可谓环环相扣、不容有失。科技日报记者从中国航天科技集团五院了解到，嫦娥六号安全回家的背后，有着一系列硬核技术和明星产品护航。

制导技术打出漂亮的“太空水漂”

嫦娥六号返回器从月球风驰电掣奔向地球，速度接近第二宇宙速度，如何减速是其安全到家的关键。为此，返回器需要采用“半弹道跳跃式返回”方式。

这种方式也被形容为“太空水漂”。简单说就是，返回器进入大气层后，会像打水漂一样弹起，利用大气层阻力和大气摩擦产生的热量消耗自身能量，随后再次进入大气层，速度就会降到第一宇宙速度以下。

“太空水漂”的最大风险是第一次穿越大气层。在这个过程中，大气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，让返回器在适当降速后能够顺利跃起，按规划路径精准返回。指挥嫦娥六号返回器完成这一高难度动作的，是中国航天科技集团五院502所研制的制导导航与控制（GNC）系统。研制团队开展了大量模拟飞行试验，模拟了上千万条飞行路线，以确保任务万无一失。

要打出漂亮的“太空水漂”，所需的核心技术叫作“全数字全系数自适应预测校正制导技术”。为了验证该项技术，我国于2014年专门发射了月地高速再入返回飞行试验器，并在嫦娥五号、嫦娥六号任务中成功应用。

加工难度最高的“金钟罩铁布衫”

高速进入大气层的嫦娥六号返回器，需要经受高温烧灼的考验。研制人员充分借鉴嫦娥五号返回任务的经验，根据不同部位对耐烧灼和隔热需求的指标，为嫦娥六号返回器量身定制了既防热又抗烧蚀的“外衣”。

要确保返回器从容应对旅途风险，高质量金属壳体必不可少。中国航天科技集团五院529厂研制人员为其打造了轻巧、坚固的“金钟罩铁布衫”。这是目前航天器研制体系中难度最高的小型超薄蒙皮—桁条—隔框类焊接舱体。

由于嫦娥六号返回器尺寸小、蒙皮厚度极薄，对外形面轮廓度和舱体法兰尺寸精度要求更高。各类舱体焊接类零件在与薄蒙皮进行焊接时，均为壁薄、弱刚度大悬空区域结构，若控制不好，会造成研制过程中应力变形，影响舱体焊后的轮廓度。针对返回器球段法兰的焊接结构特点，研制团队设计了分体式法兰焊接工装，大幅提高了舱体球段法兰的焊缝质量以及焊接变形控制效果，最终满足了苛刻的整器外形面轮廓度要求。

确保安全着陆的“红花”与“绿叶”

嫦娥六号返回器穿越黑障后，由中国航天科技集团五院508所研制的降落伞开始为后续旅途接力护航。

为确保返回器安全着陆于预定地点，降落伞采用两级减速方式。第一级降落伞是展开仅有2平方米的减速伞，负责帮返回器“踩一脚刹车”，随后分离拉出主伞。第二级降落伞即主伞，展开面积约为50平方米，负责把返回器速度由时速300公里降低到时速50公里以内。

回收任务中，除了降落伞这两朵“红花”，还有许多默默无闻的“绿叶”共同完成工作。这些“绿叶”包括回收控制器、压力高度控制器、弹射器、非电传爆装置、连接分离机构、减速伞脱伞器、伞舱、过载开关、天线盖火工锁等。

其中，回收控制器是回收系统的“大脑”，控制着每一个关键动作。它会在返回器距离地球数千公里时进入预备状态。

返回器进入大气层后，压力高度控制器如“耳朵”一般，通过“耳膜”感受压力，计算出返回器所处的高度。当返回器到达距地面10公里左右时，它会向回收控制器发出信号，回收控制器随即发出弹伞舱盖点火指令。

接到指令后，4个弹射器瞬间将伞舱盖推出。为保证它们同时均衡发力，需要非电传爆装置对弹射器进行精准同步轰击。

在返回器落地瞬间，安装于返回器底部的过载开关感受到着陆冲击，会立即发出信号。接到通知以后，回收控制器便指挥弹射天线盖、断开电源等系列动作。至此，带着“月背土特产”的返回器平安回到地球。