深空探测跳跃式再入返回任务设计

陈春亮，张正峰，盛瑞卿，杨孟飞

（1.北京空间飞行器总体设计部，北京 100094；2.中国空间技术研究院，北京 100094）

引 言

再入返回是开展深空探测任务的关键环节之一，具有再入速度高、气动环境恶劣、设计约束多等特点，涉及再入弹道与气动外形设计、再入制导、导航与控制（Guidance，Navigation and Control，GNC）、结构热防护等关键技术，对返回器的研制提出了很高的要求。

跳跃式再入返回方式是指通过两次再入大气实现飞行器的减速与着陆回收的再入方式。采用跳跃式再入返回方式可以有效地调节再入航程，降低气动过载，提高着陆精度，减少地面回收难度，有利于系统任务的执行。目前国内外已成功开展的类似的再入返回任务分别是美国的“阿波罗”（Apollo）载人登月任务、前苏联的Zond系列月球探测任务和中国的“嫦娥五号”（Chang'E-5，CE-5）任务。目前正在研制的深空探测任务中，美国新一代载人登月探测器“猎户座”（Orion）飞船也采用跳跃式的再入方式，并于2014年12月完成了无人飞行试验。

与国外同类任务相比，“嫦娥五号”的再入返回任务具有如下特点：

1）返回器规模小、重量轻、重量仅约300 kg，严苛的重量约束对返回舱气动、防热和控制系统的设计带来了较大的困难；

2）受到回收场位置和范围的约束，返回器再入航程长，达到近7 000 km；在长航程的情况下还要保证数10 km的落点精度，对气动参数的分析精度、再入走廊的控制及控制系统的设计提出了较高的要求。

本文针对跳跃式再入返回飞行器的特点，针对“嫦娥五号”再入返回任务，进行了再入返回过程的任务分析，并在此基础上提出了再入返回飞行器的设计思路。……