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30日凌晨，距离探月工程三期再入返回飞行试验器成功发射已整整6天，此时，这个被中国航天科技集团五院嫦娥五号总指挥、总师顾问叶培建院士亲切取名为“舞娣”的飞行试验器正在太空中蓄势待发，只待11月1日指令一到，便开启返回地球的探索旅程。她将为2017年发射的“嫦娥五号”在茫茫宇宙间“蹚”出一条安全归家路。前路几多艰险，又当如何破解？且看航天科学家们一一揭秘。
第一关：能否精准进入预设返回轨道
“要想让飞行器返回器安全、顺利地返回地球，第一个核心难点就是高精度的轨道控制。”探月工程测控与回收系统副总工程师、北京航天飞行控制中心总工程师周建亮告诉记者，在返回途中，返回器若稍有轨道偏差，会偏离落区，甚至极有可能直接坠入大气被烧毁。
为了应对这一问题，许多创新式的轨道设计技术被首次应用。在嫦娥一号、二号的飞行轨道设计上，设计团队一直是围绕着月球来设计的。但这次飞行器的目的是“回”，科学家们第一次把轨道设计目标瞄准了返回的载入点，并要把载入角的误差控制在0.4度的微小区间内。为了让飞行器由月球附近顺利返回地球，设计团队更是创新性地设计了“借”力月球方案，避免了飞行器使用大量燃料，而利用月球引力引导飞行器进入既定轨道，走上回家的路。
在返回方式上，半弹道式跳跃返回成为最大挑战。返回器将以接近第二宇宙速度的超高速行进，若一次返回，返回过程中，在重力加速度的作用下，返回器可能会在落地时坠毁。因此，科学家们采用这种类似“打水漂”的返回方式，以延长返回器在大气层飞行的轨迹，降能减速，最终确保返回器顺利返回。对于这一轨道设计的效果，科学家们心中期待之余，亦有一丝忧虑。
“尽管我们对返回器返回途中‘跃’出大气层的高度，以及再入大气层的角度等都有所计算预估，但本次再入返回飞行是一次试验任务，返回过程中会受到大气密度等多种复杂因素影响，因此，对于按既定设想成功再入返回，还有一些不确定性。”北京航天飞行控制中心总体室副主任吴风雷说。
第二关：能否对其实现全程有效测控
精准控制需要好头脑，更需要好眼力，返回途中，地面测控部门对于飞行器的监测同样重要。此外，对本次飞行试验进行全程的有效监测，所获得的数据将为“嫦娥五号”的成功发射提供重要的参考价值。然而，在轨道测定上，本次试验同样面临着重重挑战。
“我们有着载人航天器返回地球的成功经验，但与这次的飞行器返回有很大不同。载人航天器返回进入大气层，直到地面，是一个连续可测定的过程，航程也较短。而本次返回器在返回途中需要先‘跃’出大气层，再重新回到大气层下落到地面，这种不连续大大地增加了测定难度。”周建亮说。
据了解，返回器在返回到大气层时，高速飞行与大气剧烈摩擦后表面升温，会形成等离子鞘，此时信息进不去也出不来，处于有效通讯中断状态，会形成两次“黑障”，第一次160多秒，第二次2分多钟，这两个区间地面测控受到了一定影响。科学家们为此特别设计了一个“锦囊妙计”，周建亮告诉记者，为了应对这两个区间，控制中心提前向返回器注入了延时控制数据指令，相当于给它一个“锦囊”，到了“黑障”就打开。因此，到时它并非失控，仍可处在预先设计的弹道上飞行。地面雷达同时可跟踪监视运行轨迹，远洋三号船上的光学设备也可监视到它的飞行。
此外，据了解，在以往的航天飞行中，测控天线一般安装在卫星的正X轴上，对地面测控站的指向是固定的，而本次任务中，测控天线被装在了飞行器的正负Z轴上，随着轨道变化，地面测控站与之关系无法预估，因此要实时调整，这也成为监测方面一大难点。
第三关：飞行器本身能否扛住“旅途”考验
“舞娣”能否顺利回家，除了轨道正确，更要保证自身安全。来自航天科技集团公司五院的飞行试验器副总工程师彭兢告诉记者，飞行器在整个飞行过程中，有的时候要面向太阳，有的时候又要背向太阳，二者温差极大，如何保证其中的许多仪器和零件在高温时能够及时散热，在低温时又能快速加热？在高速飞行的过程中，飞行器外侧温度极高，可能达到2000摄氏度以上，如何把返回器外部的热流隔绝开来，防止烧毁的悲剧出现？这些问题都对飞行器的热控提出了极高的要求。
“为了本次试验，我们专门为飞行器内部研制了多种特殊的防热和传热材料，密度小，耐受性强，如环路热管，来保持内部设备稳定性。”航天科技集团五院飞行试验器热控分系统主要负责人宁献文介绍说，“同时，我们通过在返回器外部包裹一层特殊材料，来应对长时间、高速度航空飞行带来的热量。”
此外，为了降低返回器的总体重量，飞行试验器设计团队创新性地将机舱内部的各种仪器设备重量尽量缩小至三分之一左右，最终保证返回器总体重量在300多公斤。“目前来看，我们各方面的设计和准备基本能够保证飞行器的成功返回，但最终的效果，还要等待11月1日的最终返回。”彭兢说。
（本报北京10月30日电 本报记者 杨舒）
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