■本报记者 王珊

2014年11月1日清晨，探月工程三期再入返回飞行试验返回器在内蒙古四子王旗着陆。这是“嫦娥”系列航天器的第一次返回，中国也因此成为继前苏联和美国之后成功回收绕月飞行器的第三个国家。

探月工程三期的试验器，科研工作者亲切地称其为“探路小兵”，由服务舱和返回器构成。而返回器的任务是模拟后续嫦娥五号探测器飞行过程和验证返回的一系列关键技术，为探月工程三期“回”的任务目标奠定基础。

打开深空美丽的画卷，并展现给世人，这是整个团队一直努力的目标。

回家路漫漫

发射成功后，“探路小兵”经历了星箭分离、地月转移、月球近旁转向、月地转移、再入返回、回收着陆等6大关键节点。其中，飞行试验器采用“半弹道跳跃式再入返回”方式返回地球，是任务的一大亮点，也是难点。

中国航天科技集团五院502所飞行试验器返回器GNC（导航制导与控制）分系统副总设计师王勇说，返回器以每秒约11公里的速度进入大气层，飞行速度远大于每秒7.8公里的第一宇宙速度。而此时倘若采用传统的“弹道式再入”，从结构强度和防热的要求分析，由于大小和重量的限制，整个返回器系统可能承受不了，选择“跳跃式再入”即可解决这一难题。

“资料显示，苏联的探测器7号自动站和美国阿波罗月球飞船都是这样返回地球的。”五院飞行试验器副总设计师彭兢说。

不过，这种返回方式也决定了返回器整个再入航程要比我国领土的东西最长距离还要长。“神舟飞船系列再入的行程也就是2000公里，而返回器飞了6800公里。”王勇说，进入大气层后的各种不确定因素加剧了返回的困难。

以返回器高速再入的气动设计为例，它需要考虑高速段的化学平衡和非平衡效应、稀薄气体效应和滑移效应等复杂的流动效应，由此来优化气动外形，使得返回器具有良好的配平特性、升阻特性、稳定特性与热流分布特性。

这些都需要一次次的地面实验仿真来支持和验证，而GNC系统的研制更是关键。

“从开始论证研究到样机出来，我们用了三年的时间。很多时候，大家经常是通宵地工作。”502所探月三期再入返回试验GNC系统指挥何健说。

给返回器穿上“防护服”

要确保返回器再入返回成功，防热技术也是关键。返回器再入速度大、时间长，表面温度最高可达2000多摄氏度，其面临的峰值热流密度、总加热时间、总加热量等都是神舟飞船返回时的2～3倍。

如果表面温度传导到内部，将会危及返回器内部设备的正常工作；而在之前的飞行阶段，器上惯性测量单元工作时发热量很大，又必须释放出去。散热和隔热，成为科技人员必须解决的矛盾。

由于受火箭运载能力和各方面的限制，整个返回器的重量仅330公斤左右，这也就决定了防热设计不能运用传统的方法和材料来做，否则返回器将会大大超重。“为降低防热系统的重量，必须设法降低防热材料的密度；还要在不同部位选择不同的防热材料，设计恰到好处的防热层厚度。”彭兢说。

选择好的防热材料是攻克难关的重要步骤，而这耗费了近2年的时间：先后试验了30多种材料的配方，针对不同材料研制了上百种试件，开展了各种烧蚀试验和环境适应性试验，最终挑出了7种新材料。

而在两种不同防热材料交界的地方，所承受的热条件一致，但是不同的材料遇热后烧蚀的变化量不一样。为了保证返回器的外形变化可控，不同部位处不同烧蚀材料的匹配性也是研究人员必须解决的问题。

“通过分析返回器飞行后的数据，现在看来效果非常好，烧蚀后退量和预计差别不超过3毫米。”彭兢说。

要珍惜和感恩

为了任务的成功，废寝忘食和夜以继日是常态，几乎所有探月工程三期再入返回飞行试验器研制人员的状态都是如此。

“一旦一个环节出问题，就有可能功亏一篑。”总体主任设计师孟占峰说，一直到返回器成功返回，心才掉回了肚子里。

2008年，当探月工程三期开始论证时，孟占峰还是个探月新兵。如今，他已经是总体主任设计师。在探月工程三期再入返回任务的磨炼下，一个个青年新军成长了起来，充实了我国深空探测队伍。

美国宇航局前局长米切尔·格里芬曾经说过：中国航天最令人羡慕的地方在于，它拥有一大批年轻的科学家和工程师。

“整个研制团队的设计师中，绝大部分都是‘80后’；在一线的制造和实验人员中，甚至有了‘90后’。”彭兢说。

虽然任务很难，工作也很辛苦，但孟占峰等人的心中充满了感恩。“在我们的队伍中，有不少人刚毕业就有机会参加如此重要的国家重大专项，真是机会难得。”孟占峰说，这个过程值得所有人为之付出并珍惜。

2017年前后，嫦娥五号将在海南文昌卫星发射中心发射。嫦娥五号实现月球的无人采样返回要解决高速再入返回、月球轨道交会对接、月面起飞上升、月面采样封装四大关键问题。

彭兢表示，半弹道跳跃式再入返回技术的突破，不仅为嫦娥五号的成功奠定了坚实的基础，相关技术还可用于未来载人登月，或者是火星、金星、土星卫星等有大气天体的进入。因此，此次高速再入返回的成功，对我国将来的深空探测而言，意义深远。