嫦娥六号落点精度有多高?1720米!精确命中38万公里有多难?  第1张

随着嫦娥六号返回器在预定着陆区安全着陆,意味着嫦娥六号在月球背面采样的任务已经圆满完成。中国收集了世界上第一个来自月球背面的月球。我们期待在这个独特的月球背面样本中有更多令人兴奋的新发现。

除了月球背面的月壤,另一个值得注意的是嫦娥六号返回器着陆非常准确。从38万公里外的月球返回,以每秒10.9公里的极快速度冲进大气层,最终在预定区域成功着陆。从第三个着陆预报坐标来看,当时预报的坐标距离最终实际着陆坐标只有1720米,所以高精度可以说是基本准确命中了十环靶心。

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所以,嫦娥六号轨道器到底是怎样准确命中38万公里外的十环靶心的呢?

嫦娥六号从月球背面采样后,上升器带着样品飞离月球背面,进入环月轨道,与轨道中的轨道器和返回器组合对接,将样品转移到返回器中。然后,当上升器分离时,轨道返回组合开始变轨。

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经过两次环月抬轨和月地转移入射后,轨道返回组合摆脱了月球引力的束缚,开始前往距离地球约38万公里的地球。在距离地球表面约5000公里的太空中,轨道器被分离,返回器飞向地球。

当神舟飞船从高约400公里的近地轨道再次进入大气层时,它的速度大约是每秒7.8公里。嫦娥六号返回器的速度比神舟飞船快3.1公里,接近第二宇宙速度,不能像神舟飞船那样直接进入大气层,否则过快的速度会产生过高的温度,导致返回器烧毁。

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对此,中国航天研究人员为嫦娥六号设计了一种特殊的返回方式:半弹道跳跃返回。简单来说,返回器先冲进大气层,然后弹射回太空,再进入大气层。这个过程就像返回器在大气层中打了一个“水漂”。

在这种“浪费水”的返回过程中,返回器所经历的气动效应极其复杂,很难准确控制落点。对此,研究人员为嫦娥六号配备了导航和控制(GNC)系统。

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GNC系统依靠惯性测量装置不断监控返回器的位置、速度、姿势等数据,并根据给定的预定定位坐标自动规划最佳飞行路径。返回器会不断自动调整姿势,沿着预定的最佳路径飞向预定定位点,实现“水漂”的整个过程是独立可控的。

事实上,为了让返回器着陆到预定的着陆点,我们应该在月地转移开始时做好准备。在飞向地球的过程中,轨道返回组合应根据预定的再入点进行轨道修正。这些都是自动的。

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最终决定返回器是否能准确落到预定的落点,取决于再入过程。返回器以适当的再入角进入大气层后,与大气产生剧烈摩擦,产生2000多度的高温,返回器进入通信失联的黑障区域。

当高度降至60公里时,由于再入角度得到了适当的调整,大气给返回器产生了足够强的升力,使返回器能够跳回太空,然后第二次进入大气层。这时,返回器的速度降低到第一宇宙速度以下,这样就可以正常返回。在第二次进入大气层期间,返回器会产生数千度的高温,从而第二次进入黑障区域。

此时,地面飞行控制中心发布了返回器第三次落点预报,落点经度东经111°24′29″,北纬42落点纬度°21′32″。大约6分钟后,第四次落点预报发布:东经111°24′29″,北纬42°21′22″。这两个落点的预测坐标非常接近,两个地方的距离只有309米。

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返回器在距离地面10公里的地方打开降落伞,进一步减速。在此期间,第五个落点预报发出:东经11°25′17″,北纬42°20′40″。因为开伞后有高空风的作用,返回器下降时左右摇摆,预测落点与第四次相距约1700米。

返回器着陆后三分钟,直升机立即着陆现场。根据地面人员的最终测量结果,返回器的实际着陆坐标为东经11°25′05″,北纬42°20′43″,这个距离已知的第三个落点大约有1.72公里。

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考虑到返回器来自38万公里外的月球,经历了两次再次进入大气层的过程,以及之后高空风的作用,这个落点的预报精度已经很高了,充分展示了中国航天强大的测控能力。

最终,我们可以期待月球背后的月壤带来更多的新发现!