【技术·航天】嫦娥五号返回回收那些事之测控与搜救篇
北京时间12月17日1时59分，探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。
嫦娥五号探测器是在2020年11月24日开启“月球取样”任务的，经过23天的艰苦历程，今天完成返回之旅，雪地寒冬暗夜，中国航天人又是如何迎接它安全回家的呢？
打着水漂回地球
嫦娥五号探测器由轨道器、上升器、着陆器和返回器4部分组成，从发射至回收，要历经运载发射、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月面工作、月面上升、交会对接、环月等待、月地转移和再入回收等11个阶段，全部飞行时间约为23天。在收到上升器移交的月壤样本后，返回器承担“快递”月球样品至地球的重任。
轨道器带着返回器从月球直接返回地球，在距离地面高度约5000km处，返回器与轨道器分离，采用半弹道、跳跃式的“太空打水漂”方式再入返回，整个过程约持续48分钟。首先，分离后的返回器以接近第二宇宙速度进入大气层，启动第一次减速。下降至预定高度后，返回器向上跃起，跳出大气层，到达跳出最高点后开始逐渐下降。此后，返回器将再次进入大气层，启动二次减速。在降至距地面约10km高度时，返回器降落伞开伞，在内蒙古四子王旗预定区域着陆。见图1所示。
雪地寒冬暗夜，回家路困难重重
嫦娥五号返回器返回着陆过程非常复杂，着陆区四子王旗气象条件复杂，加上返回器自身“小弱”，给搜索回收工作带来了很大难度。
首先是气象条件恶劣。按照任务计划，嫦娥五号返回器返回着陆窗口是在12月中旬的凌晨2时左右，落地时刻离天亮还有5小时。正值寒冬夜间，当地平均气温为-18℃至-6℃，历史上还出现夜间-31℃的极端气温；降雪天气时有发生；平均风速3.2m/s，极端风速21m/s。目前，四子王旗地区已经是白雪皑皑，野外平均气温低于-20℃。极寒和大风，将会对直升机安全起降、地面车辆正常行动等造成很大困难。
所谓“小弱”，有两层含义。
一是体型小。嫦娥五号返回器和大家熟悉的神舟飞船返回舱外形相似，都采用大钝头球冠倒锥构型，但个头儿较小，只有神舟飞船返回舱体积的八分之一，携带的红白相间的降落伞展开面积也只有40m2。
二是示位能力弱。夜间搜索返回器，主要依靠无线电信标，嫦娥五号返回器上装有两个信标机， 一个工作在243MHz频点，一个工作在406MHz频点。但这两个信标机都有点“先天不足”，243信标机的发射天线安装在返回器主伞上，主伞拉出后、信号才能发射出来，这相比神舟飞船已经晚了约3分钟，相当于搜索分队损失了宝贵的搜索时间。而406信标机发射的信号中，没有调制位置信息，即使收到了406信号，也得不到返回器的准确位置。这给快速搜索定位返回器带来不小的挑战。此外，嫦娥五号返回器上还没有闪光灯和反光涂层，也给夜间目视搜索带来很大困难。
全力出击，确保快速接回
面对如此复杂恶劣的任务条件，搜索回收系统充分继承嫦娥五号再入返回飞行试验任务的成熟技术和成功经验，着力加强夜间搜索定位、寒冷条件下的回收处置等能力建设，强化多力量联合搜索回收演练和各种复杂情况下的应急搜索训练演练，以确保安全快速回收。
针对返回舱夜间返回和复杂气象环境，着陆场配备多架直升机，分别承担指挥、通信和搜索功能，实现快速机动搜索；配备航空型探照灯和光电设备，具备红外成像、微光成像等功能，可在5km至8km外搜寻发现返回器；对多架直升机进行科学、合理布局，优化作业流程，在确认空中没有危险物后，快速向返回器靠拢飞行，完成空中快速搜索。
针对返回器“小弱”特点，着陆场配备一套地基无源定位系统，与空中、地面的无线电搜索设备构成综合定位体系。该系统由1个主站和多个副站组成，这些站点依托着陆场已有通信基站构建，信号覆盖区域可达2万平方公里；该系统通过对嫦娥五号返回器243MHz信号的捕获、跟踪，并实时解算其位置信息，再通过通信链路分别传至北京航天飞行控制中心、空中指挥平台和地面指挥平台等，引导直升机和地面车辆快速赶赴返回器着陆现场，实施搜索回收。
正是上面这些为迎接44年来全球首个地外天体采样“大快递”而进行的充分准备，才保证了嫦娥五号返回器顺利着陆后，搜救直升机和地面分队第一时间赶到，将远征月球风尘仆仆归来的嫦娥五号和它携带的珍贵的月壤样本整理完毕，踏上转场之旅。
文字：叶建设 李海涛
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