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嫦娥五号顺利回到地球，它带回了什么？

来源：晰数塔互联网快讯时间：2020年12月18日 11:33

编者按：本文来自微信公众号“品玩”（ID:pinwancool），作者 Decode，36氪经授权发布。

2020 年 12 月 17 日凌晨 2 点左右，嫦娥五号正式结束了太空之旅，顺利回到地球。

11 月 24 日 4 时 30 分，长征五号遥五火箭在海南文昌发射场升空，将嫦娥五号探测器送往月球。12 月 1 日，它顺利着陆月球，成为中国第三个在月面软着陆的探测器。

从发射到最后的载入回收，嫦娥五号完成了 23 天的太空之旅，携带着 2 千克月球土壤样品，顺利完成了中国首次月球采样返回任务。

着陆地点，为什么选在了内蒙古四子王旗？

嫦娥五号着陆的地方，在内蒙古四子王旗着陆场。据现代快报报道，南京航空航天大学航天学院教授闻新说：“ 航天器的回收有着严格的条件和要求，并不是想落在哪里就落在哪里。”

根据航天器运行轨道的特点，着陆场必须同时具备 4 个基本条件：一是航天器将从这个地区上空，多圈次通过；二是场地要开阔；三是地势要平缓，地表要足够坚硬；四是这一地区天气状况要良好。目前，美国主要选择在海上降落，而俄罗斯和中国选择在开阔的大草原。

内蒙古四子王旗航天着陆场，位于内蒙古中部阿木古郎大草原，是中国最重要的航天着陆场。神舟一号至神舟十一号飞船，都是在这里成功着陆。

这片草原海拔 1000 米到 1200 米，地势平坦开阔、空气能见度高，而且人烟稀少，每平方公里人口不超过 10 人，非常适合作为航天器的着陆场。

嫦娥五号是怎么回来的？

嫦娥五号返回器采用了“半弹道跳跃式再入”的方式返回地球。这种返回形式，有个通俗的比喻——“太空水漂”。

之所以要采用这种方式，是因为返回器从月球飞往地球的过程中，速度最高可达每秒 11.2 公里，已经是第二宇宙速度。而从近地轨道返回的航天器，速度大约为每秒 7.9 公里，即第一宇宙速度。

这 3.3 公里/秒的差距，会带来极高的温度差异。如果嫦娥五号返回器选择“硬冲”（即弹道式再入），以 11.2 公里/秒的速度进入地球大气层，将面临剧烈高温的考验，而且无法进行姿态和轨道的调节，对轨道设计、分离释放和落点预报能力要求很高。

嫦娥五号返回器最终选择了“半弹道跳跃式再入”的方式。据北京日报报道，嫦娥五号探测器总体主任设计师孟占峰解释说：“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，在 15 分钟内完成。”

采用这种返回方式，返回器需要经过特殊设计。据央广网报道，嫦娥五号探测器返回器副主任设计师刘大海说：“返回器就像一个窝头一样，侧面挖一些洞，洞里面就是我们所谓的推力器。”在大气层飞行时，返回器不仅会受到阻力，也会产生一定升力。靠着这些升力，返回器就能成功实现半弹道跳跃方式返回。

防热是返回地球的大难题

嫦娥五号的返回速度非常快，表面温度最高可达 2000 多摄氏度，如果防热不过关，温度传到内部，将会对月球土壤产生影响，返回器也可能在大气层的高速摩擦中被烧毁。

如上所说，返回器采用半弹道跳跃式再入的方式，来降低速度和摩擦温度。但这种方式使得返回器要经历高温、低温、再次高温的变化，更加考验防热技术，因此科研人员为返回器披上了一层“防热服”。

具体而言，返回器采用蜂窝结构防热层，里面填充了新型耐烧蚀材料，并且采用了新的防热结构设计。据北京日报报道，针对月球轨道返回热环境、空间环境和重量的要求，科研人员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，实现了中国由近地轨道再入到深空轨道再入的防热结构设计跨越。