嫦娥六號落點精度有多高？1720米！從38萬公里外精準命中有多難？

隨著嫦娥六號返回器安全降落在預(yù)定著陸區(qū)，意味著此次嫦娥六號去月球背面采樣的任務(wù)已經(jīng)圓滿完成。我國采集回全球第一份來自月球背面的月壤，我們期待在這份獨特的月球背面樣品中能有更多激動人心的新發(fā)現(xiàn)。

除了月球背面的月壤之外，另一個值得關(guān)注的是，嫦娥六號返回器極為精準的著陸。從38萬公里之外的月球返回，以每秒10.9公里的極快速度沖入大氣層，最后成功在預(yù)定區(qū)域降落。從第三次落點預(yù)報坐標來看，當(dāng)時預(yù)報的坐標與最終實際的落點坐標相距僅1720米，這樣高的精度可以說基本準確命中十環(huán)靶心。

那么，嫦娥六號軌道器究竟是如何準確命中38萬公里外的十環(huán)靶心呢？

嫦娥六號從月球背面完成采樣后，上升器帶著樣品飛離月背，進入環(huán)月軌道，與軌道中的軌道器和返回器組合體對接，并把樣品轉(zhuǎn)移到返回器中。接著，上升器分離，軌返組合體開始變軌。

經(jīng)過兩次環(huán)月抬軌和月地轉(zhuǎn)移入射之后，軌返組合體擺脫月球引力束縛，向著大約38萬公里外的地球開始奔赴。在距離地球表面約5000公里的太空中，軌道器被分離，返回器朝著地球飛去。

神舟飛船從大約400公里高的近地軌道再入大氣層時，其速度約為每秒7.8公里。而嫦娥六號返回器的速度則要比神舟飛船快了每秒3.1公里，將近第二宇宙速度，這使它無法像神舟飛船那樣直接再入大氣層，否則過快的速度將會產(chǎn)生過高的溫度，導(dǎo)致返回器燒毀。

對此，我國航天科研人員給嫦娥六號設(shè)計了一種特殊的返回方式：半彈道跳躍式返回。簡單來說就是，返回器先沖入大氣層，然后被彈射回太空中，接著再次進入大氣層，這個過程就像返回器在大氣層中打了一次“水漂”。

在這種“打水漂”式的返回過程中，返回器所經(jīng)歷的氣動效應(yīng)極為復(fù)雜，要精準控制好落點的難度極高。對此，科研人員給嫦娥六號配備了制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)。

GNC系統(tǒng)依靠慣性測量裝置，不斷監(jiān)測返回器的位置、速度、姿態(tài)等數(shù)據(jù)，并根據(jù)給定的預(yù)定落點坐標，自動規(guī)劃出一條最優(yōu)的飛行路徑。返回器會不斷自動進行姿態(tài)調(diào)整，沿著預(yù)定的最優(yōu)路徑飛向預(yù)定落點，實現(xiàn)整個“打水漂”過程都是自主可控的。

事實上，為了讓返回器能夠朝著預(yù)定落點著陸，早在月地轉(zhuǎn)移開始就要做準備。在飛向地球過程中，進行中途修正時，軌返組合體就要按照預(yù)定的再入點進行軌道修正。這些都是自動進行的。

最終決定返回器能否準確落到預(yù)定落點，關(guān)鍵還是要看再入過程。返回器在以合適的再入攻角進入大氣層后，與大氣發(fā)生劇烈摩擦作用，產(chǎn)生兩千多度的高溫，返回器就會進入通信失聯(lián)的黑障區(qū)。

待到高度下降到60公里時，由于再入角度經(jīng)過了合適的調(diào)整，大氣給返回器產(chǎn)生了足夠強的升力，使返回器能跳躍回太空中，接著第二次進入大氣層。此時，返回器的速度降至第一宇宙速度以下，這樣就能正常返回。在第二次再入大氣層期間，返回器還會產(chǎn)生上千度高溫，從而第二次進入黑障區(qū)。

此時，地面飛行控制中心發(fā)出了返回器第三次落點預(yù)報，落點經(jīng)度東經(jīng)111°24′29″，落點緯度北緯42°21′32″。大約6分鐘后，第四次落點預(yù)報發(fā)出：東經(jīng)111°24′29″，北緯42°21′22″。這兩次落點預(yù)報坐標非常接近，兩地相距僅309米。

在距離地面10公里高的地方，返回器打開降落傘，進一步進行減速。在此期間，第五次落點預(yù)報發(fā)出：東經(jīng)111°25′17″，北緯42°20′40″。由于開傘之后有高空風(fēng)的作用，返回器下降時左右搖擺，此次預(yù)報落點與第四次相距約為1700米。

在返回器降落后三分鐘，直升機也隨即降落在著陸現(xiàn)場。根據(jù)地面人員最終的測量結(jié)果，返回器的實際落點坐標為東經(jīng)111°25′05″，北緯42°20′43″，這與已知的第三次落點相距約1.72公里。

考慮到返回器是從38萬公里外的月球奔赴而來，而且經(jīng)歷了兩次再入大氣層過程，以及此后的高空風(fēng)的作用，這個落點預(yù)報精度已經(jīng)非常高，充分展示了我國航天強大的測控能力。

最后，我們可以期待月球背面的月壤將會帶來更多的新發(fā)現(xiàn)！