嫦娥五號軌道器和返回器目前已經完成了第二次月地軌道修正,即將實現軌道器與返回器脫離,一旦入地窗口來臨,最具挑戰性的返地之旅就將迎來最后考驗。嫦娥五號從11月24日起飛奔月,到今天已經過去近一個月,其中經歷了地月軌道轉移、月面軟著陸、自動采土封存、月面起飛、樣品在軌轉移、上升器脫離、月地軌道轉移等多次驚心動魄的考驗,如今進入最后關頭,終于要擇機返回地球。嫦娥五號返回地球過程中,受到西方媒體的極大關注,因為這其中隱藏了多項頗具實戰意義的黑科技。
首先就是嫦娥五號特殊的入地彈道,嫦娥五號第一次入射大氣層是從五千公里高度進入,由于這一前所未有的高度,重力加速度會將嫦娥五號的速度直接拉升到11公里/秒,相當于第二宇宙速度,這種速度下如果直接進入地球,很容易導致返回艙難以控制姿態而發生墜毀,甚至會因為劇烈摩擦產生的高溫而燒毀,因此必須降低速度。
▲表面已經被高溫燒成黑色的嫦娥五號T1驗證返回艙
為了降低速度,返回艙采用了特殊的空氣動力學設計,在進入到大氣層約60公里后,會在底部形成弓形激波,從而將返回器再次彈出大氣層,而后進行二次再入,此時返回艙的速度會降低到第一宇宙速度以下,大約7.6公里/秒。這時候返回艙的速度就容易控制的多,表面溫度也不至于威脅到返回器和內部月球土壤樣本的安全。
▲嫦娥五號跳躍式返回彈道跨越了半個地球
嫦娥五號這一降速過程的學名叫做半彈道跳躍式返回,實際上就相當于我們小時候玩的打水漂,石頭以特定角度切入水中,而后再次躍起前進,所以也被稱之為水漂式彈道。對于水漂式彈道我們最熟悉的莫過于著名的東風17彈道飛彈,它采用了特殊的乘波體設計,可以實施多次躍起再入,彈道無法預測,很難被反導系統捕捉,相比于之前神舟系列返回艙著陸,嫦娥五號的著陸區面積是前者的15倍,充分說明水漂式彈道的變幻莫測,也進一步驗證了東風17并非浪得虛名。
比水漂式彈道更難的是黑障區的通信問題,嫦娥五號雖然再入大氣層已經進行了減速,但是速度仍然高達22馬赫,返回艙與空氣劇烈摩擦后,表面溫度將會高達2000℃以上,在這么高的溫度下,貼附在返回艙表面的氣體會發生電離分解,從而形成等離子層,而等離子體會吸收和屏蔽電磁信號,從而阻斷外界對于返回艙的雷達探測定位和通信,這就是傳說中的黑障區,黑障區難以判定和人工干預返回艙的狀態,因此極其危險,所以也被稱為走鬼門關。
不過以大陸目前的技術,已經能夠輕松克服黑障區所帶來的影響,例如向等離子密集區注入特殊的化學物質或者引入外磁場,降低等離子體的密度和厚度,也可以將返回艙設計成特殊的空氣動力學形狀,降低等離子層厚度,例如東風17的乘波體設計。最后就是加大電磁波強度,采用等離子體不易吸收的分米波和米波進行通信,大陸遠望系列測控船擁有多個大口徑的通信天線,足以為嫦娥五號安全度過黑障區保駕護航。
嫦娥五號返回艙所使用的黑障區通信技術同樣可以運用在彈道飛彈之上,諸如東風21D/26等中遠程反艦彈道飛彈,這兩種飛彈的末端速度也可以達到10馬赫以上,同樣也會因為高溫而產生一定的電離層,但是由于要執行精確打擊大型水面艦艇任務,東風21D/26對于精度的要求又特別高,而這就要求必須使用雷達末端制導,雷達末端制導使用彈頭自帶的小型雷達對目標區域進行搜索,最后通過目標反射的雷達波準確定位,從而發動致命一擊,而在雷達工作時,電磁波也需要克服黑障區的干擾屏蔽,這些技術在神舟、嫦娥等航天任務中已經多次驗證,也為東風快遞的一步步成熟奠定了堅實的基礎,
什么時候打一個
干的漂亮嫦娥五號 歡迎回家!