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嫦娥五号回收分系统空投试验降落伞 。（照片由受访者提供）
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嫦娥五号回收分系统主任设计师荣伟（右三）和团队在工作中 。
■ 深圳特区报驻京采访人员 陆云红 李萍 通讯员 李莉
星河耿耿 ， 银汉迢迢 。 经过23个昼夜、76万公里飞行 ， 嫦娥五号带着月球“土特产”完美结束奔月之旅 。 在这场包含11个重大阶段和关键步骤的接力跑中 ， 回收分系统主任设计师荣伟团队承担最后一棒 ， 是确保月球样品能够成功“送达”的关键环节 ， 也是嫦娥五号任务成败的最终标志 。 近日 ， 荣伟接受本报独家专访 ， 揭秘“护送”嫦娥五号“回家”背后的艰辛 。
荣伟是中国航天科技集团有限公司五院508所航天器回收着陆领域专家 。 作为我国唯一从事航天器回收着陆技术研究的专业单位 ， 508所圆满完成了神舟一号至神舟十一号飞船回收着陆任务 ， 护佑11名航天员安全回家 。
余量设计 有备无患
“12月16日上午 ， 我来到北京航天飞行控制中心 。 嫦娥五号就要返回了 ， 我必须守在自己的岗位上 。 没想到无论是探月工程三期总设计师胡浩 ， 探测器系统总指挥、总设计师杨孟飞院士 ， 还是其他兄弟单位的同事 ， 遇到我说的第一句话都是‘怎么样？最后就看你的了！’成了大家关注的焦点 ， 我的心里一下子有点紧张了 。 ”谈起那一天 ， 荣伟难掩激动 。
嫦娥五号作为中国航天复杂度最高、技术跨度最大的一次任务 ， 携带月球样品安全回家更是难上加难 。 在返回过程中 ， 平安回到地球是最后一步 ， 也是非常关键的一步 ， 如何才能平稳着陆？怎样确保万无一失？这是荣伟和他的团队10年来反复思考、验证的问题 。
16日下午,荣伟把自己关在办公室里 ， 静静地进行了复盘 。 仔细回顾了整个过程 ， 之后他心里踏实了许多 ， 对这次任务也是“非常有把握了” 。 晚上 ， 在飞控中心的屏幕前 ， 看到嫦娥五号返回过程中的一系列数据 ， 荣伟更有信心了 ， 就像他回答同事的提问那样：“没问题 。 ”
“我们在设计中综合考虑了各种不确定性因素 。 ”荣伟举例说 ， 在防热能力方面 ， 嫦娥五号返回器以第二宇宙速度返回 ， 经过大气层的过程中 ， 温度会超过1000摄氏度 ， 到2000多摄氏度都有可能 。 根据对防热的需求不同 ， 返回器不同部位采用了不同的防热材料 。 “虽然这部分工作不是我们主负责 ， 但我们不能不考虑防热措施 ， 包括耐高温的材料 ， 万一系统防热面临更大挑战 ， 我们也要确保能够开伞 。 这次的数据就显示 ， 嫦娥五号返回前温度与嫦娥五号飞行试验器返回前相比高了20多摄氏度 ， 但因为我们有余量设计 ， 就没问题 。 ”
提到开伞 ， 特别是开伞姿态 ， 荣伟的脸上露出了更加满意的笑容 。 本来总体设计提供给回收系统开伞时的姿态条件一直都是很不错的 ， 但考虑到嫦娥五号返回器以第二宇宙速度进入地球大气层 ， 并将以半弹道跳跃式返回时可能存在着较多的不确定性因素 ， 荣伟带领团队在进行开伞设计时 ， 没有局限于总体提供的开伞姿态等条件 ， 而是进行了能够适应更加严苛的开伞条件设计 。 在研制过程后期 ， 经过大量的仿真分析和试验后 ， 发现实际的开伞姿态条件大大超出了预期 。 当相关单位的设计师怀着忐忑不安的心情 ， 询问荣伟新的开伞条件是否可以接受时 ， 荣伟全面掌握了具体情况和相关实际技术指标后 ， 拍着胸脯说：“没问题 ， 放心！”
“现在回想起来 ， 我认为比较满意的就是较多地考虑了不确定性因素 ， 重视余量设计 ， 确保成功返回 。 ”荣伟说 。
12月17日凌晨1时33分 ， 嫦娥五号进入地球大气层 ， 降至距地面约11公里高度时 ， 返回器打开降落伞 。 “在飞控中心的屏幕上看到返回器主伞一打开 ， 我整个人一下子放松下来 ， 当时我真想跳起来欢呼！”走出飞控中心 ， 荣伟长长地舒了一口气 ， “真的太激动了” 。
【嫦娥|接力“嫦五”成功“带货”最后一棒】“打水漂” 有挑战
回程路上 ， 嫦娥五号打了个漂亮的“太空水漂” ， 安然落地 。
“这是个比喻 ， 它的术语就是前面提到的‘半弹道跳跃式返回’ 。 ”荣伟解释说 ， 嫦娥五号返回器的再入轨道设计为跳跃式轨道 ， 其飞行过程要经历二次再入 。 第一次再入 ， 从返回器进入大气层下降至约60公里高度后还要跳出大气层 ， 之后第二次再入 。 和小时候用瓦片对着河水玩打水漂的游戏很像 ， 所以称为“打水漂” 。
之所以采用打水漂的方式 ， 主要是因为返回器月地返回时再入速度很大 ， 为了更充分地利用大气层的减速效果 ， 采用跳跃式返回 ， 从而减小对返回器防热、过载的相关需求 。 而半弹道式再入 ， 通过控制飞行姿态 ， 使得返回器还具有一定的机动能力 ， 可以减小返回器的落点偏差 。
作为首次探月返回任务 ， 以第二宇宙速度进行跳跃式再入返回 ， 国际上并没有先例可循 。 这种返回方式与返回卫星、神舟飞船等采用的第一宇宙速度近地返回相比 ， 气动问题更加复杂 ， 再入热环境条件更为严酷 ， 对气动数据的精准度要求更为苛刻 。
“现在大家看到的探月工程返回器和神舟飞船的返回舱虽然在外形结构上非常相似 ， 但是在设计之初却有很多难题困扰着我们 。 ”荣伟说 ， 一方面是与神舟飞船类似结构的一些设计 ， 采用等比例缩小之后的试验过程中 ， 总是不能使开伞过程达到最满意的效果；另一方面 ， 把在其他型号尺寸的降落伞研制上的经验应用到返回舱项目上 ， 也并没有达到理想的效果 。
荣伟从理论入手 ， 进行大量的推导 ， 创造性地提出非均衡开伞载荷设计方法 ， 研究降落伞尺寸效应机理 ， 解决了降落伞系统轻量化设计难题 ， 填补了降落伞尺寸效应机理国内外研究空白 。 针对适用于深空探测返回任务的轻量化回收系统设计难题 ， 荣伟提出了两级减速多目标优化和自适应平衡弹盖拉伞方法 ， 解决了开伞可靠性、舱伞稳定性等系统设计难题 ， 圆满完成了初样技术攻关工作 。
两级开伞 佑护安全
嫦娥五号的降落伞也是这次探月任务的一个亮点 ， 但因为是在夜间返回 ， 所以人们没有看到 。 如果是在白天 ， 两朵红白相间的“伞花”在蓝天的背景下绽放 ， 效果不亚于大片 。
“我们此次采用的是非常规的两级伞方案 ， 先开一个减速伞 ， 稳定降落姿态 ， 为主伞创造良好的开伞条件 ， 减速伞分离时会拉出主伞 ， 使返回器以不大于每秒13米的速度安全降落 。 ”荣伟介绍 。
降落伞绽放的那一刻如同花开 ， 最美 。 为此 ， 荣伟特地向采访人员介绍了两级开伞的过程 ， 伞舱盖先是将舱盖连接带拉起 ， 再拉出整个减速伞伞包和伞包外的部分减速伞吊带 ， 然后减速伞伞包解除封包 ， 相继拉出减速伞和舱盖伞 ， 舱盖伞充气张满对伞舱盖进行减速 ， 减速伞也充气张满对返回器进行减速 ， 减速伞按程序工作一定时间后 ， 与返回器分离同时拉出主伞 ， 充气 。 有条不紊 ， 任务完成 。 降落伞经历再入过程中和开伞后各种气动环境及自然环境的历练 ， 将返回器和样品平安带回地球家园 。
航天科技创造美好生活 ， 航天器回收着陆技术也在不断走进民生 。 这些“高高在上”的航天科技已经有了“接地气”的应用 ， 比如在庆祝新中国成立70周年阅兵活动中 ， 空中护旗梯队的三架直-8直升机悬挂的党旗、国旗、军旗 ， 在高空快速飞行中毫发无损；2019年国庆节天安门广场70个红彤彤的大型充气灯笼 ， 飘立在空中纹丝不动 ， 为国庆70周年添彩增辉 。
“国之所需 ， 行之所向 。 ”谈及未来工作 ， 荣伟说 ， 我国现在已经成为世界上第三个能够从地外天体采样返回的国家 ， 但后续的任务还任重道远 ， 火星探测器还在奔火的路上 ， 明年空间站任务也异常繁重 ， 探月工程后面的工作也已经启动 ， 中国航天人将继续弘扬探月精神 ， 一步一个脚印开启星际探测新征程 ， 向着宇宙深处 ， 再出发 。
（深圳特区报北京12月22日电）
作者：陆云红 李萍
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