航天学博士25分钟前
历时23天的嫦娥五号采样返回任务即将落下帷幕，最后终章也是最值得看的大戏，采集到的样本再入返回地球。这是人类时隔44年后，又一次获得月球样本。这个返回并不容易。
为什么必须打水漂？
先从速度说，航天器往地球外跑，一般三级跳（离开地球表面时相对速度）：第一跳，突破7.9千米/秒的第一宇宙速度，能围绕地球运动；第二跳，突破11.2千米/秒的第二宇宙速度，能永远离开地球；第三跳，突破16.7千米/秒的第三宇宙速度，能永远离开太阳系。根据动能方程，能量与航天器质量和所需速度平方成正比（系数1/2），还要考虑到空气阻力、运输它的火箭质量和速度，综合下来突破每一跳都是巨大的障碍。嫦娥五号去月球，就一定需要逃离地球引力、被月球捕获，考虑到变轨和余量需求，要达到第二宇宙速度。代价极大：嫦娥五号才8.2吨重，要消耗掉一个870吨重的长征五号火箭。
回来时候，航天器自身制动能力在地球引力面前就是弱鸡，地球强大引力会让返回的嫦娥五号轨道器/返回器再次达到接近第二宇宙速度的样子。这就麻烦了，因为空气阻力跟动能方程类似，也跟速度平方成正比，这么快的速度，会产生远超神舟飞船（第一宇宙速度级别）的冲击。一方面，摩擦产生大量热量；另一方面，巨大且持续积累的冲击负荷可能导致结构出问题，材料受不了。举个例子，高速上110码限速大约是30米/秒而已，嫦娥五是11000+米/秒。高速上这么快的速度你敢开窗？敢的话，再给你来个300多倍加成，受得了么？
答案是，受不了，所以得想办法。有效解决途径就是打水漂，道理看起来简单：石子在水上漂的过程中，瞬间接触水面产生足够大“浮力”（冲击力）让它脱离水面，“缓一缓”再落下来，来回几次，最终落到水底。
嫦娥五，当然要比这复杂太多了。因为空气密度各处不同、冲进大气的角度和姿态极难控制、每次冲进大气都要保证不要过返回舱忍耐极限、“打水漂”的次数和间隔要精准计算、一定要准确落回内蒙古四子王旗。传递下来，显然是极度了不起的事情。
嫦娥五大概会从非洲附近阿拉伯海那里冲进地球大气，打两次大的“水漂”，成为“人造流星”，在西藏上空一跃而起，最终再通过气动、降落伞减速和地面搜寻等，返回航天人手中。
嫦娥五是中国航天史上最复杂的一次任务，每一步都“步步惊心”，但实际上也完成的“步步为营”，显然这是有无数聪明人夜以继日工作在背后支撑，他们值得点赞！
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