6月25日，航天科技集團五院（以下簡稱“五院”）抓總研制的嫦娥六號返回器在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域成功著陸，標(biāo)志著人類航天器首次月背采樣返回之旅圓滿完成，在人類探月歷史上書寫了濃墨重彩的一筆。

經(jīng)過從地球到月球，再從月球返回地球的星際旅行，攜帶著“月背土特產(chǎn)”的嫦娥六號返回器載譽歸來。然而，從太空到四子王旗預(yù)定落點的歸家路，卻是環(huán)環(huán)相扣、不容有失。這背后，正是五院的“硬核技術(shù)”和“明星產(chǎn)品”一路護航嫦娥六號返回器平安回家。

從月球高速飛向地球可謂風(fēng)馳電掣，如何減速成為嫦娥六號返回器安全回家的關(guān)鍵。在返回階段，星際上演了精彩的第三次近第二宇宙速度“太空水漂”。

“太空水漂”，即“半彈道跳躍式返回”。嫦娥六號返回器要兩次進入地球大氣層：從距離地球高度上來看，返回器在第一次以近第二宇宙速度進入大氣層后，要經(jīng)歷一個從一步步接近地球到一點點遠(yuǎn)離地球并穿出大氣層的過程，就像打了一個水漂。這樣的設(shè)計，就是要利用數(shù)千公里大氣層的阻力和與大氣摩擦產(chǎn)生的熱量快速消耗返回器的能量，使其在再次穿出大氣層時的速度降到第一宇宙速度以下，不再具備環(huán)繞地球飛行的條件，隨后第二次進入大氣層，之后的路程就輕車熟路了。

“太空水漂”所采用的核心技術(shù)擁有一個長長的專業(yè)名字：全數(shù)字全系數(shù)自適應(yīng)預(yù)測校正制導(dǎo)技術(shù)——這是月球采樣返回任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。為了驗證該項技術(shù)，我國于2014年專門發(fā)射了月地高速再入返回飛行試驗器并取得了圓滿成功，支撐了我國航天器首次采用“打水漂”的方式返回地球。嫦娥五號任務(wù)是第二次采用該項技術(shù)。嫦娥六號月背自主采樣返回任務(wù)的圓滿成功，再次驗證了該項技術(shù)的強適應(yīng)性、高精準(zhǔn)度和高穩(wěn)定性。

“打水漂”的最大風(fēng)險是第一次穿越大氣層。這個過程中，大氣擔(dān)任了雙重角色：一方面要充當(dāng)阻力，盡量降低返回器的速度，又要保證返回器有足夠能量再次躍入太空；另一方面，還要充當(dāng)升力，讓返回器保持一定的飛行路徑，確保不撞向地球，并保證在速度降到一定程度后能順利躍起。在這個過程中，既不能讓返回器減速太多或太少，還要在固定的位置穿出大氣層——駕駛返回器完成這一高難任務(wù)的就是“明星舵手”GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)“順利跳起，準(zhǔn)確著陸”的目標(biāo)，五院502所研制團隊面對挑戰(zhàn)，勇于承擔(dān)，在返回器GNC系統(tǒng)的研制過程中開展了大量模擬飛行試驗，模擬了上千萬條飛行路線，確保任務(wù)順利完成。

說到這里，大家會不會以為只有降落傘在回收任務(wù)中獨挑重任？其實在整個回收系統(tǒng)中，降落傘只是“兩朵紅花”，還有“多片綠葉相襯”共同完成工作。這些默默無聞的“綠葉”，包括回收控制器、壓力高度控制器、彈射器、非電傳爆裝置、連接分離機構(gòu)、減速傘脫傘器、傘艙、過載開關(guān)、天線蓋火工鎖等。

其中，回收控制器是回收系統(tǒng)的“大腦”，控制著每一個關(guān)鍵動作，在返回器距離地球數(shù)千公里時，它就已經(jīng)進入預(yù)備狀態(tài)。在返回器進入大氣層后，回收系統(tǒng)的另一位成員壓力高度控制器，就像“耳朵”一樣，時刻聆聽著外面的“風(fēng)聲”，通過“耳膜”感受壓力以計算出返回器所處的高度。當(dāng)高度達到預(yù)定的10公里附近時，壓力高度控制器會發(fā)出一個信號給回收系統(tǒng)的“大腦”，“大腦”隨即發(fā)出彈傘艙蓋的點火命令。

接到點火命令后，四只負(fù)責(zé)彈傘艙蓋的彈射器，就像“推手”一樣，將傘艙蓋瞬間推出。為了保證“推手”們同時發(fā)力平穩(wěn)彈出傘艙蓋，還需要“二傳手”非電傳爆裝置，在“大腦”直接指揮啟動下，該裝置精準(zhǔn)同步轟擊點燃彈射器——彈射器瞬間平穩(wěn)彈出傘艙蓋，傘艙蓋拉著減速傘包，采用“我?guī)泔w”的方式，將減速傘包拉離傘艙，隨后，隨著減速傘包的飛離，減速傘傘繩和傘衣依次從傘包中拉出。減速傘衣被全部拉出后，傘艙蓋只帶空傘包飛走，減速傘則被連接分離機構(gòu)緊緊“抓住”，留在返回器上。減速傘工作一段時間后需要脫離返回器拉出主傘，為了確保脫減速傘可靠，連接分離機構(gòu)“抓”減速傘采用“握手”方式，只要一只“手”松開即可脫減速傘，這也是研制人員經(jīng)過深思熟慮和多次試驗驗證后的最佳方案。

隨后，安裝在返回器“腳底板”上的過載開關(guān)感受到返回器落地沖擊后，會立即“告知”回收系統(tǒng)“大腦”?！按竽X”在接到落地信號后，還會指揮彈射天線蓋、斷開電源等系列動作。過載開關(guān)發(fā)出著陸信號，標(biāo)志著回收系統(tǒng)護送嫦娥六號返回器平安回到了地球，完美完成了人類首次月背采樣返回的任務(wù)。

除回收系統(tǒng)“眾星護器”外，測控數(shù)傳分系統(tǒng)也發(fā)揮了重要作用。其中，由五院510所研制的“明星產(chǎn)品”——國際救援示位標(biāo)，在返回器落地后會發(fā)射無線電信標(biāo)信號，確保搜救人員能夠快速找到返回器。值得一提的是，該產(chǎn)品在重量和體積“雙減”的情況下，大幅提高了抗力學(xué)沖擊能力，還使目標(biāo)的多普勒頻移定位精度得到有效提升，同時減少了星上能源的消耗。

此外，嫦娥六號返回器金屬殼體也是確保返回成功的重要因素。由于返回器個頭小，蒙皮厚度極薄，外形面輪廓度、艙體法蘭尺寸精度要求更高，可以說是迄今為止難度最高的艙體組合加工——因此也被五院529廠的研制人員親切地稱為“小寶貝”。

因返回器結(jié)構(gòu)小，各類艙體焊接類零件在與薄蒙皮進行焊接時，均為壁薄、弱剛度大懸空區(qū)域結(jié)構(gòu)，若控制不好就會造成研制過程中應(yīng)力變形，將影響艙體焊后的輪廓度。針對返回器球段法蘭的焊接結(jié)構(gòu)特點，研制團隊通過設(shè)計工裝提高了焊縫質(zhì)量和焊接變形控制的效果，最終滿足苛刻的整器外形面輪廓度要求。

據(jù)嫦娥六號返回器零組件研制人員回憶，從工藝設(shè)計、數(shù)控編程到數(shù)控加工，其結(jié)構(gòu)之復(fù)雜、難度之高令人感嘆。為此，研制人員從工藝仿真、工裝設(shè)計和工藝流程等全研制流程進行了迭代細(xì)化和優(yōu)化，保證了艙體零件高精度研制、艙體焊前低應(yīng)力裝配，最終確保返回器的各項尺寸精度指標(biāo)達到設(shè)計要求，圓滿完成了返回任務(wù)。