超30马赫水漂弹道，嫦娥六号让美国蒙羞，NASA飞船烧出上百个破洞

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大西洋上空，一团火球在稠密大气层中以超过30马赫的速度极速下落，紧接着，借助大气带来的升力，这团火球又在印度洋上空再次拉升高度进入太空，到达最高点后又开始滑行下降，不一会儿就第二次再入大气层，穿过黑障区后，它精准抵达预定高度位置，打开了降落伞，最终稳稳地降落在我国内蒙古四子王旗着陆场——嫦娥六号返回器在长约六七千公里的再入走廊里划出了一道优美的太空水漂弹道。

返回器过黑障区

降落伞减速

着陆

嫦娥六号四器组合体不断地断舍离，最终回到地球的就是带着月壤的“返回器”。

早在二十年前我国探月工程立项伊始，工程总体就确定了“绕、落、回”探月三步走规划，事实上这不仅是探月的任务规划，同时也揭示了其它岩石类天体的探测规律，就是要解决两大工程刚需问题，即“去得了”与“回得来”。

比如，站在探月工程的肩膀上，天问一号两步变作一步走，实现火星环绕与火星登陆巡视探测，接下来的天问三号也将实现火星的采样返回工程目标。

分离相机拍摄的环绕火星飞行的天问一号环绕器

分离相机拍摄的天问一号着陆平台与火星车（祝融号）

可以说，“绕、落、回”既是地外天体探测的工程刚需，也是未来持续深入开展探测与应用任务的“入场券”。

嫦娥六号任务的成功着陆标志着，嫦娥探月工程第五次主要任务圆满成功（鹊桥号、鹊桥二号是中继通信服务平台，不计算在内），探月领域连战连捷的发展态势持续保持。

嫦娥六号是嫦娥五号的备份探测器，是我国第二次月球采样返回任务，也是人类第一次月球背面采样返回任务。

移动相机拍摄的嫦娥六号着陆器与上升器组合体

绕、落、回三步走，很难说哪一步最艰难，因为每一步实现突破之前，对于我国而言都是一片空白。但是，我们的确在最后一步“回”上着墨更多，因为只有这一步部署了专门的试验器任务，指的就是十年前，由CZ-3C型火箭发射的嫦娥5T1再入返回飞行试验器。

嫦娥5T1只有一个核心任务，就是由服务舱带着返回器抵达月球引力影响球，再实施月球近旁转向，继而进入月地转移轨道，最终成功验证了月地高速再入返回技术，为后续的嫦娥五号任务的成功实施奠定了坚实基础。

嫦娥5T1再入返回飞行试验器

嫦娥5T1验证的核心技术就是“高速半弹道跳跃式再入返回技术”，截至嫦娥六号任务，我国总计进行了3次高速半弹道跳跃式再入返回，不论是任务次数，还是技术先进性都高居世界榜首。

“高速半弹道跳跃式再入返回”，先从字面理解一下这个学术定义：

“高速”指的是，探测器经由月地转移轨道高速返回地球，再入大气层的起始速度可达10.66公里/秒，接近第二宇宙速度，换算成音速就是约31马赫。

“半弹道”是有别于弹道式返回的一种再入方式，返回器利用自身质心偏离中心轴设计，以及钝头体气动外形进行航向调节，相较于弹道式再入，半弹道会有一段平缓的下降航迹。

“跳跃式”是指返回器再入大气层后，到达指定高度时再次拉起飞出大气层，之后第二次再入大气层，从而实现比单纯的半弹道再入更长的航程。

基于跳跃式的再入航迹，人们也将这种再入方式戏称为“太空打水漂”。

太空打水漂这项核心技术，有与没有，是完全不同的，总结起来主要有四大优势性能：

1.最大限度延长再入航程，比如嫦娥系列返回器可以实现5100公里至7000公里的纵向航程调节能力；

2.提高落点精度，最大限度延长再入航程，留空时间也会延长，这就为返回器进行机动飞行留出了更多的空间，嫦娥系列返回器还可以实现横向200公里的调节能力；

嫦娥六号返回舱精准着陆于瞄准着陆点

在登月任务中使用半弹道再入是很勉强的，着陆精度难以保证，因此阿波罗系列返回任务均选择海上着陆场。

3.降低过载，半弹道再入是传统近地轨道载人返回式航天器惯用的再入方案，比如，神舟载人飞船、载人龙飞船、联盟系列飞船皆是半弹道再入。

但如果月地再入返回探测器也采用半弹道再入，那么在近第二宇宙速度的再入条件下，过载值就会比较高，比如美国阿波罗载人登月飞船的指令舱再入返回时的最大过载就达到了6.49g。不仅过载高，而且落点精度也很难保证，因为速度快、航程短，留给航向机动调整的空间就很小。

采用太空打水漂方案的嫦娥系列返回器的最大过载却不到4.8g，这意味着在某种程度上，我们的无人返回器比他们的有人返回器更“舒服”，这就为我国载人登月任务的实施再次奠定了坚实基础。

新世纪的载人登月将选择太空打水漂方案，航天员的驾乘体验会更舒适。

4.减少防热材料使用量，事实上，采用太空打水漂的方式并不会降低返回器所要经受的总热流量，但热流高峰值的持续时间会缩短，这就为减少防热材料使用量提供了操作空间。

回顾人类航天史，最早进行太空打水漂的是苏联的Zond-6、Zond-7、Zond-8三次无人月地返回任务，其中有一次出现了降落伞故障导致坠毁。时隔半个世纪，与如今的嫦娥系列返回任务相比，不论是可靠性还是先进性，后者都要领先一大截。

苏联Zond系列无人绕月飞船

争议比较大的是美国，他们究竟有没有在月地返回任务中进行过太空打水漂？

事实上，半个世纪前，美国阿波罗登月计划中所有载人任务均没有进行过太空打水漂，均为半弹道式再入，他们的过载值在那摆着呢。

不过，他们或许在无人任务中应用过太空打水漂技术，但是其跳跃高度只有七八十公里，并没有突破100公里卡门线，返回舱拉起高度的制高点不在太空，而是大气层以内，这就意味着过载值降低水平有限，航程延长目标也不能很好实现，由于对太空打水漂技术心里没底，所以他们在载人任务中没有应用。

进入21世纪后，美国先后推出了以载人重返月球为工程目标的星座计划与阿尔忒弥斯计划，星座计划已经夭折，但他们有一个航天器却是贯穿两个计划的，就是NASA委托洛克希德·马丁公司与空中客车公司联合研制的猎户座载人飞船，该型飞船一年多前执行了阿尔忒弥斯一号无人绕月飞行任务，其在返回任务中也应用了高速半弹道跳跃式再入返回技术，但是，也正是这次任务他们出了洋相。

猎户座飞船

猎户座飞船在轨飞行画面

这个洋相可以说是不思进取的典型，为什么这么说呢？

先来看看是个什么洋相，猎户座飞船返回舱着陆后拉回厂房检测评估，任务团队发现返回舱在经受近第二宇宙速度热流烧蚀条件下，出现了100多处位置不符合预期的烧蚀情况，甚至在返回舱大底烧出了很多肉眼可见的大洞，返回舱与服务舱连接用的螺栓也出现了不符合预期的熔化与间隙。

猎户座飞船返回舱着陆地球后

猎户座飞船防热大底出现的破洞

这意味着什么？意味着如果这个飞船以现在的状态载人，那么身处其中的宇航员必定是凶多吉少，因为返回舱防热材料不符合预期的烧蚀情况，使得返回舱内部无法保持人员生存所必须的温度控制水平。

猎户座飞船返回舱再入大气时相机通过舷窗拍摄的热流画面

为什么会这样呢？

返回舱出现超预期的烧蚀一般就是两种可能，一种可能是再入弹道出现了较大的偏差，导致受热情况超出预期，另一种可能的原因是，防热材料性能不过关。

从猎户座飞船返回落点来看并没有出现较大偏差，那么问题就出在防热材料的性能问题上。

猎户座飞船大量继承了阿波罗飞船指令舱所用到的防热材料，目的是通过继承成熟材料可以缩短研制周期，降低投入，并提高可靠性。但就工程实践的结果来看，可以说是南辕北辙。

猎户座飞船的研制时间旷日持久，从星座计划到现在，起码有十几年了，降低投入更不可能，军工复合体怎么会扔掉这块肥肉，漫长的研制周期本身就意味着高投入。

猎户座飞船立项至今已有十八年时间

阿波罗飞船毕竟是半个世纪前的产物，而猎户座飞船返回舱的气动外形又并非前者的复刻，照搬半个世纪前的技术，这和刻舟求剑没什么区别。

话说回来，半个世纪前的防热材料也没有重量优势，使得猎户座飞船的内部空间相当局促，只有9立方米的居住空间。

反观我国应用了新一代碳基轻质微烧蚀防热材料的新一代载人飞船梦舟号的内部居住空间则可以达到13立方米，另外，梦舟号的研发周期也很短，我们只用不到三年时间就拿出了包括推进舱与返回舱完全体的试验船，这是何等的高效。

我国梦舟号载人飞船前身“新一代载人飞船试验船”

嫦娥六号任务的实施可以说是让NASA再次蒙羞，我们这个任务可圈可点的地方太多了，就拿再入返回的主角之一“防热材料”来谈谈。

我国在月球探测的防热材料领域可以说是拿到了“双料冠军”，首先是嫦娥五号、嫦娥六号应用的传统防热材料，这套材料体系是脱胎于神舟飞船的，但却实现了性能的大幅跃升，比如它所用的大面积轻质蜂窝增强防热材料密度做到了0.5g/cm³，不仅超越了阿波罗飞船，也超越了猎户座飞船，在月地高速返回任务领域做到了世界第一。

轻质蜂窝增强防热材料

在取得嫦娥五号任务的成功之后，航天人并没有固步自封，针对嫦娥六号在轨任务时间长的特点，对材料性能进行了优化创新。

嫦娥系列返回器大底防热材料的加注周期只有猎户座飞船的二十五分之一，我们为什么可以这么快？因为美国的防热大底需要人工一个格子一个格子地手工灌注，而我们则是全自动灌注成型。

猎户座飞船防热大底需要人工灌注

为什么说我们是双料冠军呢？因为我们又开辟了新的赛道，这就是服务载人登月任务的新一代载人飞船“梦舟号”所用的“新一代轻质碳基微烧蚀防热材料”，此种材料在密度、热导率、压缩强度、拉伸强度、强韧性、成型工艺、构件尺寸等指标上，实现了对国际同行产品的全方位大幅领先。比如构件尺寸，国外只能做到1米量级，而我们一步跨越到了5米量级。