“长征五号”遥五搭载“嫦娥五号”发射 12月16日9时15分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体顺利完成第二次月地转移轨道修正，组合体上各系统状态良好，返回器将择机返回地面。 轨返组合体与上升器对接示意图 嫦娥五号轨返组合体在飞行到距离地球5000千米的高度时，返回器将与轨道器分离，随后，返回器将独自携带月壤样品在内蒙古四子王旗着陆场着陆。在这里，会产生一个大家都比较关心的问题，当返回器降落到临近空间时速度会有多快? 轨返组合体向月地转移轨道机动示意图 对于上述问题，我们可以做一个简单的计算。已知自由落体的瞬时速度的计算公式为V=V0+gt，当初速度为零时V=gt，位移的计算公式为△s=1/2gt，重力加速度g=9.8m/s，V为速度，t为时间，V0为物体初速度，在此设定嫦娥五号返回器降落初速为8640km/h(月球逃逸速度，实际会大于2.4km/h,小于7.9km/h)，△s为位移距离，临近空间范围为距地表20至100千米的空域，平流层为距地表8-16千米至50千米的空域。为了简化起见，我们忽略因与地心距离不同产生的重力加速度的变化、地球自转产生的离心力、地球大气阻力、月地转移轨道产生的加速作用等因素的影响，假设返回器从5000千米的高度返回到50千米的平流层上界高度，计算最后的瞬时速度。 轨返组合体实施月地转移入射和轨道修正 由公式△s=1/2gt，可得出t≈1005s，代入V=V0+gt，可得出V≈44100km/h(约36马赫)。为了验证数据接近实际的程度，我们可以参考美国“猎户座”宇宙飞船第一次试验飞行的数据。美国东部时间2014年12月5日7时5分，“猎户座”飞船搭乘“德尔塔”4重型运载火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，进行持续约4个半小时的首次不载人试飞。返回时，“猎户座”的轨道高度为5800千米，当降落到地球临近空间时飞船加速到了32000km/h（约24马赫），这一数据的得出是受到高层大气摩擦、地球离心力、返回入射角等因素的减速作用影响，对于推算嫦娥五号返回器落入临近空间上界时的速度具有较强的参考意义。 “猎户座”宇宙飞船 综合上述简化的计算过程和“猎户座”飞船相似的返回高度产生的实际瞬时速度，考虑到“猎户座”飞船横截面积更大，摩擦的减速作用将更明显，我们可以判定嫦娥五号返回器降落到对流层上界时速度会略大于32000km/h（约24马赫），表面将会产生高达2000摄氏度的高温（“猎户座”重返时表面温度2200摄氏度）。为了应对高速对于航天器结构产生的强大冲击，也为了抑制过高的表面温度，嫦娥五号返回器采用了桑普森弹道方式重返地球。具体方式是嫦娥五号返回器以较大的入射角溅落到地球临近空间，然后弹起来向前跳跃，最后顺着跳跃的弧线重返大气层，降落在预定的着陆区域，这种方式类似于“打水漂”。 “嫦娥五号”探测器实物图 按计划，嫦娥五号自11月24日凌晨发射，整个任务过程将持续23天左右，返回时间近在咫尺。经过一系列的机动及减速之后，嫦娥五号返回器将最终着陆在内蒙古四子王旗着陆场。 作者：大白高国 本文为作者原创，如需转载，请注明出处与作者。
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