北京時間11月1日6時42分，探月三期再入返回飛行試驗器在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域順利著陸，標志著我國探月三期再入返回飛行試驗獲得圓滿成功。這是我國繼十次牽引神舟飛船返回艙從300多公里的近地空間返回地球后，首次迎來從月球上空返回的飛行器。

2014年11月1日，這一天將被載入中國航天事業(yè)發(fā)展的史冊中。

當日6時42分，探月三期再入返回飛行試驗器（即嫦娥五號試驗器）返回器經(jīng)過8天的飛行，以第二宇宙速度順利返回地球，穿越大氣層精確著陸在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，標志著中國探月三期再入返回飛行試驗圓滿成功。專家稱，此次試驗圓滿成功，標志著中國已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回關(guān)鍵技術(shù)，為確保嫦娥五號任務(wù)順利實施和探月工程持續(xù)推進奠定了堅實基礎(chǔ)。

中國探月工程總指揮、國家國防科技工業(yè)局局長許達哲表示，這是具有里程碑意義的一次試驗，它的成功標志著探月三期無人自動采樣返回任務(wù)取得突破性進展，大幅提升了我國對高速條件下高空稀薄大氣的氣動力、氣動熱、熱防護、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制等技術(shù)機理的認識水平，提高了高速再入、稀薄大氣條件下的數(shù)學模型、物理模型精度，積累了高速近外層大氣飛行工程經(jīng)驗，帶動了新材料的研制和航天裝備設(shè)計方法的創(chuàng)新。

試驗成功的消息讓舉國歡慶。國人欣喜之余，也不禁好奇到底什么是探月三期再入返回飛行試驗？為什么嫦娥三號之后直接就是嫦娥五號試驗器了，嫦娥四號去哪了？什么是嫦娥五號試驗器，它和嫦娥五號又有什么關(guān)系？

“我國嫦娥系列已經(jīng)發(fā)射過3次?！敝袊臻g技術(shù)研究院技術(shù)顧問、神舟號飛船首任總設(shè)計師、中國工程院院士戚發(fā)軔介紹說，“嫦娥一號發(fā)射成功后，進行了‘撞月試驗。嫦娥二號‘繞月飛行任務(wù)完成后，已經(jīng)飛向更深遠的太空，離地球越來越遠。嫦娥三號攜帶玉兔號月球車實現(xiàn)了‘落月計劃?！?/p>

嫦娥三號任務(wù)圓滿完成后，我國探月工程全面轉(zhuǎn)入三期。作為“繞、落、回”規(guī)劃的第三步，探月三期的主要目標是實現(xiàn)無人自動采樣返回，突破月面采樣、月面上升、月球軌道交會對接和以接近第二宇宙速度再入返回四項核心關(guān)鍵技術(shù)。計劃于2017年左右在海南文昌航天發(fā)射中心發(fā)射的嫦娥五號將執(zhí)行該任務(wù)，完成探月工程的重大跨越——帶回月球樣品。

早在8月，嫦娥五號試驗器就從北京轉(zhuǎn)運至西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，逐步開展相關(guān)測試和試驗。該飛行器主要驗證嫦娥五號任務(wù)返回器以接近第二宇宙速度再入返回地球的相關(guān)技術(shù)，可算是嫦娥五號的先行“探路小兵”。

嫦娥四號是嫦娥三號的備份。如果嫦娥三號任務(wù)完成得不夠好，作為備份的嫦娥四號將出馬繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。由于嫦娥三號出色地完成了任務(wù)，嫦娥四號一下子找不到活干了。這次，嫦娥五號試驗器成功發(fā)射不禁讓人疑問，是不是直接跳過嫦娥四號，發(fā)射嫦娥五號了？“嫦娥四號只是暫時沒派上用場。嫦娥四號未來干什么，科學家們正在為它找活干呢?！逼莅l(fā)軔說，嫦娥四號將來會領(lǐng)到一個新任務(wù)，但目前還不確定。

10月24日凌晨2時，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號丙改進型運載火箭，成功將探月三期再入返回飛行試驗器發(fā)射升空。嫦娥五號“探路小兵”以曼妙身姿奔向美麗的月球。在8天的漫漫征途中，身材嬌小的“探路小兵”經(jīng)受住重重考驗圓滿完成了任務(wù)，這一切都要依托于航天科技集團五院（下稱“五院”）的能工巧匠們?yōu)樗茉斓囊桓苯∶烙纸Y(jié)實的身軀。

從外觀上看，飛行試驗器的返回器很像神舟飛船返回艙的縮小版。與神舟飛船相比，返回器的橫截面積僅為它的1/2，質(zhì)量僅為其的1/10。五院工藝師樊曉霞說：“返回器雖然小，但‘五臟俱全，法蘭和焊縫的數(shù)量一點不比飛船返回艙少。這就像在一塊大木板和一個小果核上雕刻同樣復(fù)雜的雕像，很顯然后者的難度要高出好幾個量級。”

要在只能勉強容下操作師傅半個身子的返回器上焊接艙體，這可給師傅們出了個難題。五院529廠焊接工藝師曾如川介紹說：“別看艙體小，上面可是焊縫縱橫交錯。有些焊縫之間的距離非常近，焊接時很容易產(chǎn)生相互的疊加影響，產(chǎn)生較大的焊接變形?！币酝w船返回艙在焊接時采用的是整體式工裝，由于艙體大、焊縫間距遠，焊接時一般不用擔心疊加影響，但這個方法很明顯不適用于“濃縮版”的返回器。

既然整體式工裝行不通，那就“化整為零”。經(jīng)過深入學習、反復(fù)琢磨，曾如川設(shè)計出一套全新的分體式工裝，每次只固定一個法蘭，焊接完了再進行下一個。這套工裝結(jié)構(gòu)形式簡單，裝配操作方便，各個法蘭裝配與焊接時互不影響和干涉，高質(zhì)量地解決了“小”艙體帶來的焊接“大”難題。

一般情況下即使像東方紅四號這樣的大衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星一次整星熱試驗即可，而返回器的試驗總數(shù)量不下十余次，可謂前所未有之多。不過，這次的“探路小兵”算是享受了一次“特殊待遇”。五院總環(huán)部的師傅們專門為她設(shè)計了紅外加熱籠，讓她能更真實地提前感受太空環(huán)境，以保證她能在太空之旅中順利度過“冰火兩重天”的考驗。

原來，飛行試驗器的返回器造型比較獨特，是一個底面直徑和高度都只有1.25米的錐形體，小小的身軀在熱試驗中的加熱分區(qū)就多達32個。返回器熱試驗負責人李振偉說：“這次返回器的紅外加熱籠分區(qū)多，接口也多，而且構(gòu)型不規(guī)則，給我們設(shè)計制造帶來了很大的難度?！睙嵩囼灥碾y度還遠遠不止這些。加熱籠與艙體之間的安全距離也不好把握，如果紅外籠離艙體太遠，加熱籠帶條加電后輻射溫度難以滿足高溫要求，這將導(dǎo)致熱試驗不充分，不能達到預(yù)期效果；如果紅外籠離艙體太近，艙體部分位置可能超出溫度承受上限，就很容易造成表面損傷。面對挑戰(zhàn)，總環(huán)部真空熱環(huán)境試驗設(shè)計組通過仔細研究返回器的外形尺寸、認真分析熱流和操作安裝要求，采取了三維設(shè)計與熱分析仿真相結(jié)合的方式，最終確定采用5片紅外加熱籠拼合包裹大底、5片紅外加熱籠拼合覆蓋側(cè)壁的方案，順利完成返回器紅外加熱籠的設(shè)計制作，為返回器量身定做了一件精致的“衣裳”，確保了熱試驗可靠有效進行。

據(jù)五院飛行試驗器系統(tǒng)副總設(shè)計師張伍介紹，此次飛行試驗獲取的數(shù)據(jù)主要通過兩種渠道，即外測和內(nèi)測?！巴鉁y就是經(jīng)過地面測站測出的數(shù)據(jù)；內(nèi)測是飛行器內(nèi)部載入的一些傳感器所測量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都存儲在一個叫安全數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)備里，它抗沖擊，耐燒蝕，掉進海里也沒問題，類似于飛機上的黑匣子?！?/p>

從此次試驗成功后著陸的返回器表面來看，一面呈現(xiàn)燒灼，一面基本正常，甚至還殘留一些白漆。

“能夠呈現(xiàn)目前的效果，主要是因為我們在器體表面采用了7種全新的材料。應(yīng)該說這種材料體系并不是全新的，其實在神舟和返回式衛(wèi)星上都用過。但這次我們在配比上稍微有一些調(diào)整，這樣就會有一些新的特點呈現(xiàn)出來?！蔽逶猴w行試驗器副總工程師彭兢說。

此外，在飛行器上采用多種材料的設(shè)計在我國航天史上也是第一次，以前一般都是采用同一種材料。

隨著嫦娥五號試驗器踏上地月旅行的征途，一組組反映嫦娥飛行狀況、各系統(tǒng)運行狀態(tài)的“生理參數(shù)”，踏著無線電波飛馳到北京航天飛行控制中心（下稱“控制中心”），在這里，遙測崗位的科技人員首次應(yīng)用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的深空探測可視化系統(tǒng)，破譯、輸出、監(jiān)控這些參數(shù)，為嫦娥認真做著“體檢”?？刂浦行能浖夜こ處煼段纳綇娬{(diào)：“三維可視化軟件的研發(fā)，歐美國家宣稱用了10年，而我中心僅僅用了1年?！?/p>

據(jù)范文山介紹，這套系統(tǒng)包含遙測快速處理、信息快速監(jiān)控和故障快速診斷三個軟件，快速、高效是它們的最大特點。相比以往任務(wù)，這次嫦娥“體檢”進入了一個快時代。

就像高速鐵路是高鐵運行的基礎(chǔ)一樣，遙測快速處理是為嫦娥“體檢”的基礎(chǔ)和前提，為嫦娥“體檢”搭建起專用“高速車道”。

遙測快速處理就是將嫦娥下傳的數(shù)據(jù)源碼通過解碼、辨識、曲線擬合和分析計算等方式快速轉(zhuǎn)化成人們能夠識別的參數(shù)信息。控制中心軟件室工程師劉志芳介紹：“這次任務(wù)，遙測數(shù)據(jù)種類更多、格式更為復(fù)雜。為此，我們通過引入LUA腳本、完成遙測信息的抽象化描述和歸一化處理等方式，大大提高了遙測處理軟件的自適應(yīng)能力、人工準備和軟件數(shù)據(jù)處理執(zhí)行效率?！?/p>

值得一提的是，LUA腳本是“魔獸世界”等大型網(wǎng)絡(luò)游戲廣泛采用的一種編程方式。玩過“魔獸世界”的人都知道這款網(wǎng)絡(luò)游戲場面宏大、畫面精美，但運行一直非常穩(wěn)定流暢。劉志芳稱，將LUA腳本引入到中心遙測處理系統(tǒng)，不但能大大提高遙測處理軟件的可靠性和靈活度，而且能有效減少系統(tǒng)資源占用率，從而大幅度提高遙測數(shù)據(jù)處理的速度和效率。

乍一看，信息快速監(jiān)控系統(tǒng)與普通的信息監(jiān)視頁面并無多大差別，都是由一個個參數(shù)信息構(gòu)成，然而細查之下，卻內(nèi)含玄機。

美觀簡潔的軟件界面上分列著關(guān)鍵事件、遙測處理結(jié)果、遙測源碼和遙測統(tǒng)計信息等一系列子窗口。這些子窗口下的數(shù)據(jù)信息全部是從成千上萬的遙測數(shù)據(jù)里精心篩選出來的嫦娥“體檢”的必檢項目?！败浖€能自動屏蔽過濾掉一些無用的遙測信息，給我們這些‘體檢醫(yī)生提供很大的便捷。就像是我們崗位設(shè)立的 ‘特需門診，方便嫦娥快速就診?！?控制中心遙測崗位主管設(shè)計師張祖麗形象地比喻。

以前為了確認一個狀態(tài)，經(jīng)常要在監(jiān)顯頁面上點來點去，查找半天才能找到對應(yīng)參數(shù)，既耗時又費力。有了信息快速監(jiān)控系統(tǒng)，依靠語音智能提示和關(guān)鍵狀態(tài)自動監(jiān)控，科研人員能更加方便、快捷地掌握嫦娥的狀況和任務(wù)狀態(tài)，省時省力又省心。

嫦娥遨游太空，如果偶染小恙，“感冒發(fā)燒”了，誰能最快發(fā)現(xiàn)、最快診斷、最快拿出治療方案呢？

故障快速診斷系統(tǒng)就是控制中心軟件室為嫦娥快速“體檢治病”而精心打造的“專家國手”。

軟件的主要設(shè)計者、工程師謝源說，這次探月任務(wù)大大小小的故障預(yù)案多達144個。如果每個故障都要依靠人工識別判斷、再查找解決方案，那就如同急救車開上擁堵的路段，不但誤時，更會誤事，錯過最佳救治時機。

而在故障快速診斷系統(tǒng)簡潔明快的視窗操作界面上，嫦娥姑娘17個分系統(tǒng)名稱十分醒目，點擊分系統(tǒng)色塊，軟件就會展示這個分系統(tǒng)所有的故障模式及每個故障模式的應(yīng)對預(yù)案。

任務(wù)中，一旦某個分系統(tǒng)參數(shù)異常、出現(xiàn)故障，軟件界面上代表該分系統(tǒng)的色塊就會變紅，并發(fā)出“嘀嘀”的報警聲。工作人員根據(jù)軟件提示能很快定位故障源，并按圖索驥迅速找到解決方案。

因為返回方式不同，航天器并不能在發(fā)射場著陸。因此，在西昌發(fā)射升空的嫦娥五號試驗器著陸場卻是位于內(nèi)蒙古的四子王旗。我國的神舟系列飛船均在此主著陸場回收。未來承擔我國探月工程第三步任務(wù)“回”的嫦娥五號將帶著采集的月球土壤在此著陸。

俗話說“行百里者半九十”。在這次歷時8天多、總航程80多萬公里的任務(wù)中，返回的最后數(shù)千公里尤為艱險。11月1日凌晨5時許，控制中心通過地面測控站向再入返回飛行試驗器注入導(dǎo)航參數(shù)。 5時53分，再入返回飛行試驗器服務(wù)艙與返回器在距地面高約5000公里處正常分離。

6時13分，返回器以接近第二宇宙速度進入大氣層，實施初次氣動減速。下降至預(yù)定高度后一躍而起跳出大氣層，到達跳出最高點后開始逐漸下降再次進入大氣層，實施二次氣動減速，一氣呵成完成了被稱為“打水漂”的“跳躍式再入返回”，據(jù)悉，這個特殊的返回軌道目的在于降能減速，確保整個飛行器返回。

在降至距地面約10公里高度時，返回器降落傘順利開傘，在預(yù)定區(qū)域順利著陸。擔負搜索回收任務(wù)的搜索分隊及時發(fā)現(xiàn)目標，迅速到達返回器著陸現(xiàn)場實施回收。

據(jù)繞月探測工程、嫦娥一號衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮兼總設(shè)計師葉培建介紹，過去神舟飛船的返回都是直接返回，這一次為了解決落點的問題和載陸角以調(diào)整沖擊力的問題，分離進入大氣層到60公里時將再跳回到宇宙中去，再跳回大氣層，然后再回來。

“距離越長，走的時間越長，我們可以得到很多好處。這個辦法能減少發(fā)熱，減小載陸角等，這種返回方式也是我們的第一次試驗?！比~培建表示，嫦娥五號試驗器的成功返航無疑是首嘗“螃蟹”，為嫦娥五號先行探路，以驗證能否返回、能否落到預(yù)定區(qū)域。

當天下午15時左右，嫦娥五號試驗器返回器被接回北京。在高速穿越了大氣層的高溫灼燒后，一面變黑一面依舊銀白的返回器結(jié)構(gòu)完整，各種狀態(tài)都與科研人員的預(yù)想一致，燒灼材料經(jīng)受住了嚴苛的考驗。不僅如此，返回器著陸的飛行過程也都按預(yù)定曲線進行，高精度、高動態(tài)的制導(dǎo)導(dǎo)航控制技術(shù)也實戰(zhàn)過關(guān)。

探月工程三期探測器系統(tǒng)總指揮兼總設(shè)計師楊孟飛欣慰地說：“首先，原來很擔心的是返回器表面因為燒蝕會形成‘臺階，也就是說由于用的材料不一樣，若燒得不均衡就會在交界面造成高低不平的狀況。但這次幾乎沒有明顯的臺階曲線。其次是燒蝕的后退量，也就是材料的消耗比我們原先預(yù)估的數(shù)值要少。第三是服務(wù)艙消耗的原料比原來預(yù)計的要少。之所以會這樣，一方面是運載火箭打得比較精準，另一方面是飛行器姿態(tài)控制精確?！?/p>

由于通過這次試驗驗證了多項關(guān)鍵技術(shù)，嫦娥五號任務(wù)的科研工作者們底氣更足了，“落在預(yù)定區(qū)域表明試驗結(jié)果非常好，是按照我們預(yù)定設(shè)定的參數(shù)與模型進行的。落地的飛行過程也都按照預(yù)定的曲線進行，高度、時間都是按照預(yù)定程序進行的表明再入返回試驗任務(wù)達到目的。”楊孟飛很興奮，“所有的結(jié)果比我們預(yù)計的都要好。”（本刊綜合）