起舞弄倩影 “嫦娥”揽月回

经过23天的日夜兼程，嫦娥五号带着“月壤”平安地回到了地球的家，实现了中国人嫦娥奔月的梦想。

嫦娥五号重达8.2吨，是我国目前发射的重量最重的探测器，而且是由火箭直接将嫦娥五号探测器送入地月转移轨道，而不需探测器自身加速。

这是我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，首次实现了我国地外天体采样返回，我国成为世界上第三个从月球采样回来的国家。

2020年12月19日，嫦娥五号从月球挖的“土”正式移交至相关科研单位，我国首次地外天体样品储存和研究工作拉开序幕。回顾此次月球挖“土”，嫦娥五号经历了地月转移、近月制动、在轨分离、平稳落月、钻表取样、月面起飞、交接对接、样品转移、环月等待、月地转移、再入回收等阶段。各环节顺利进行，离不开航天科研人员的科技保障。

测量雷达“紧盯”火箭飞行

在长征五号运载火箭带着焰尾拔地而起的几分钟内，两部固定式脉冲测量雷达快速采集着火箭的飞行信息，确保指控中心能第一时间掌握全局，作好安全控制。

这是雷达测量的第一棒。从点火的那一刻开始，这两部探测雷达像两双“鹰眼”，紧盯火箭飞行，用于运载火箭发射上升段的外弹道测量，为发射场指控中心实时提供火箭距离、方位、俯仰等精确坐标信息和速度数据。一旦火箭飞行出现偏移轨道的状况，即刻就能发现。

声表面波滤波器让“嫦娥”更“耳聪”

在此次任务中，还有一个“神器”    声表面波滤波器。声表面波滤波器被同时安装在嫦娥五号及长征五号火箭上，主要应用在测控、应答机等分系统，全力保障嫦娥五号信号接收、过滤杂波，以及各分系统信号接收、处理。

航天器发射中一旦有了信号干扰，地面接收到的信息就好比接听串了线的电话。声表面波滤波器能够轻松过滤掉高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波等各种干扰信号，保证发射场指挥控制中心可以清晰接收准确信号，相当于让“嫦娥”更“耳聪”。

为了滤除无用信号，更好助力嫦娥五号太空观测，确保与地面控制中心的信号畅通，科学家们对每一个滤波器都精雕細琢。声表面波滤波器的最细线条宽度达到0.3微米，相当于头发丝直径的1/200。每一个合格的高可靠性声表面波滤波器，都要在高倍显微镜下“过关斩将”，并至少经历3次超声波或等离子清洗，才能保证元器件的可靠性。

晶体元器件稳住探月“脉搏”

嫦娥五号的频率信号如同人体的脉搏，脉搏稳定是嫦娥五号正常工作的前提。

科学家们研制生产了数百只自主可控晶体元器件，作为嫦娥五号电子设备的心脏，牢牢稳住嫦娥五号飞行的“脉搏”。这些晶体元器件包括晶体振荡器、石英谐振器等为嫦娥五号的发射、测控、在轨飞行、采样、返回等提供了稳定可靠的频率信号。其中，高性能时钟晶体振荡器全力保障嫦娥五号在遥远的太空中控得住，采好样，顺利返回。抗冲击温补晶体振荡器具有频率准确、耐受冲击的特点。此次嫦娥五号使用了数只这样高精度的抗冲击温补晶体振荡器。这些神器都是处于“关键岗位”，它们的输出信号频谱干净，保证“嫦娥”平安回家。高精度温补晶体振荡器是频率控制的“大咖”，它可以输出更加精准稳定的频率信号，能够大幅提高嫦娥五号的性能指标、可靠性、频率稳定度，温度工作范围提高了近一倍，并具有良好的环境适应性。

微波雷达做“嫦娥”锐利的“眼睛”

科学家们研制的月球轨道交会对接微波雷达，是实现月球轨道交会对接和“月壤”转移的关键设备，用于嫦娥五号轨道器、上升器之间相对位置与相对姿态的精确测量，同时实现双向空空通信，就像互相能看见的锐利“眼睛”，引导两个航天器最终实现月球轨道交会对接，保证“月壤”采样安全转移。

搬运外骨骼抱“嫦娥”回家

当嫦娥五号返回器在预定地点着陆后，科学家们设计的搬运外骨骼可助力回收大队成功搜救返回器。这个搬运外骨骼包含上肢助力模块和下肢助力模块，负载能力达50千克，通过电动直驱助力模块及智能步态分析算法，配合人体上下肢关节发力，降低人体能耗，同时为穿戴者提供了上肢臂力、腰肌及臀大肌助力，在负重搬运时可省力约60%，帮助穿戴者承担更大载荷，能够更轻松地抱“嫦娥”回家。

此次任务中，两名身穿外骨骼的搜救回收队员携带搜救设备从直升机降落点快速移动至返回器着陆点，并在返回器旁插上一面鲜艳的五星红旗。与此同时，搬运外骨骼还协助搜救回收大队在返回器周边快速搭建应急通信、照明及电力保障体系，确保搜救回收任务快速、安全、高效完成，为整个嫦娥五号探月任务收官画上圆满句号。

国外的再入航天器共有三类：弹道式再入航天器、弹道升力式再入航天器和升力式再入航天器。而我国的探月工程则采用了一种全新的再入方式    半弹道跳跃式再入返回。

何谓半弹道跳跃式再入返回？

嫦娥五号“回家心切”，飞行速度为每秒11.2千米的第二宇宙速度，以这个速度进入大气层，嫦娥五号表面温度在3000℃以上。在这样的温度下金刚石都会熔化。如果高温被传导到返回器内部，将对携带的“月壤”产生影响。而其他从数百千米高的近地轨道返回的航天器，其速度大多为每秒7.9千米的第一宇宙速度，这时材料表面温度约为1800℃。每秒3.3千米差距看似不大，但返回器一旦速度过猛、撞向地球，后果不堪设想。因此，为了减速，科学家们让嫦娥五号借助大气层提供的升力“跳”起来，再以第一宇宙速度重新进入大气层返回地面，就像在太空中“打水漂”。

科学家们还设计了一系列措施保证嫦娥五号返回器平安回家。

航天器不同的部位对防热材料的要求不同，需要选择不同耐热温度的材料。比如，环氧树脂基复合材料可耐受120℃左右的温度，使用范围比较广泛，可以应用于火箭整流罩、卫星结构件等;双马树脂基复合材料可以耐受200℃以上的温度，主要应用于火箭防热底板、仪器舱舱段等;聚酰亚胺基复合材料可耐受500℃左右的高温，可应用于火箭及航天器的耐高温部件。

对于高速穿越大气层的航天器来说，轻装上阵能飞得更远。例如，火箭末级每减轻1千克重量，就能增加1千克的有效载荷，或是增加15千米左右的射程。实际上，降低材料密度本身并不很难，但要让材料的密度低，同时又能耐高温、强隔热，难度就非常大了。

为减轻航天器载重负担，要确保嫦娥五号返回器防热材料每1克重量都用在刀刃上，最终根据各部位受热情况的不同，在大底迎风面、大底背风面、大底拐弯角环、侧壁迎风面、侧壁背风面、侧壁舱盖与边缘防热环、稳定翼七大部位分别应用了7种不同成分的防热烧蚀材料。这7种材料相互配合、和谐相处，防热减重两不误。

比如，气动加热最嚴重的大底结构，采用的是轻质低密度烧蚀防热材料，其密度约为每立方厘米0.5克，每平方米可承受6兆瓦的热流环境;侧壁结构采用的是超轻质的蜂窝增强防热材料，密度约为每立方厘米0.36克，每平方米可承受1.5兆瓦的热流环境。

之前国际上最好的防热材料是改进后的Avcoat5026，这是阿波罗飞船所用的防热材料，也是此前唯一经历载人登月返回特殊严酷热环境的防热材料。改进后的Avcoat 5026密度为每立方厘米0.56克左右，能够在热流作用下发生分解、熔化等变化，借质量消耗带走大量的热，以达到阻止再入大气层时的热流传入飞行器内部的目的。但是这种防热材料的制造工艺复杂、周期非常长，以猎户座飞船大底为例，其防热材料需要整整6个月才能完成制造。而嫦娥五号探测器的防热材料密度为每立方厘米0.5克，成型周期是猎户座飞船大底的1/25。

嫦娥五号带回的月壤土，来自月球纬度43度风暴洋东北角的玄武岩区域。全新的样品研究对月球表面的风化作用、火山作用和区域地质背景、区域地质演化方面应该能作出很多科研贡献。选择此地的一个原因是基于工程的可实现性，包括安全降落地形地貌、能源供给的光照条件、热控条件、通信因素、测控因素。

这些来自月球风暴洋的珍品，将会放在位于北京的中国科学院国家天文台。这是月球样品的主要存放地点。作为一种容灾备份，还有一部分样品将放在湖南韶山。

嫦娥五号带回的月壤土将有三种用途：第一种，为了进行科学研究，这是最主要的目的;第二种，为了能早一点与公众见面，有一部分样品将入藏国家博物馆，向公众展示，进行科普教育;第三种，依据国际合作的公约和多边双边的合作协议，我国将发布月球样品和数据管理办法，与世界各国的科学家共享;也有一部分按照国际惯例，可能作为国礼相送。

近一段时期，国际同行对嫦娥五号都非常关注，纷纷给中国国家航天局、中国政府、相关机构发来贺电，提出了需要共同开展研究的意愿。中国国家航天局与40多个国家签订了140多份合作协议。

科学家们会在实验室进行长期系统的月球样品研究工作，包括它的结构构造、物理特性、化学成分、同位素组成、矿物特点和地质演化等，希望能够深入了解月球的起源、演化。

嫦娥五号成功返回地球，让人们对载人登月充满了遐想。中国是否已经有了明确的载人登月计划？

嫦娥五号目前开展的月面起飞、轨道交会对接、再入返回等，都是未来载人返回的必要技术。这些技术也是为未来载人登月打基础。按照目前有关部门的初步意向，先搞关键技术攻关，等地球轨道的空间站建成，再规划论证是不是要搞载人登月。

星辰征途永无止境，逐梦之行永不停歇。中国航天事业开创了从无到有的辉煌历史，凭借中国智慧不断刷新探索宇宙的新高度。

（本刊综合）