 美国猎户座从月球返回，但返回时的轨道不一般。这种“打水漂”一样的轨道到底有什么优点？技术难度如何？中国在该领域是什么水平？
（阿尔忒尼斯计划，发射猎户座飞船的全程展示） 美国猎户座飞完成探月飞行成功返回地球，但这次返回非常不一般。在进入大气层时，猎户座飞船采用了【再入跳跃式轨道】技术，精确落入指定位置。那么为何要用这种轨道？技术有何优点和难点？中国是否已经掌握？ 【水漂轨道，优点超多】 再入跳跃式轨道，也叫半弹道再入，也就是我们常说的“水漂轨道”，它的特点就是航天器多次进/出大气层，这种轨道与传统直接再入式轨道存在明显区别，能够有效降低航天器再入式的速度，避免产生较大的过载，安全性好。
（返回器“水漂”再入返回飞行过程示意图） 传统返回式航天器多采用直接返回轨道，这种轨道模式技术简单，容易实现，对于飞船要求不高。但是缺点也非常明显，就是要求航天器速度不能太高，否则航天器重返大气层的时候过载会很大，容易控制，对于航天器安全性造成不利影响，也会降低航天器着陆精度。 当年苏联探测器5号从月球返回，抵达地球的时候，速度高达11公里/秒，相当于第二宇宙速度。它采用直接返回轨道强行返回，重返大气层的时候，过载高达16G，落点误差接近1000公里。
（若是直接返回落地，飞行器在大气层内运动减速距离就短，效果就差） 为了解决这个问题，再入跳跃式返回轨道就出现了。它的原理非常简单，那就是充分利用大气层为航天器减速。当航天器冲入大气层的时候，飞船速度会减慢，但飞船不急于返回地面，而是再次升高，然后再次降低。通过来回进出较为稀薄的大气层，令飞行器比较柔和的，从高速变为低速。 飞船减速过程被刻意拉长，不会引起过大的过载，航天器安全性能更高，同时航天器也更容易控制，落点误差更小。
（多次进出稀薄大气层，可温和的将飞船速度降低，确保安全精确着陆） 【“打水漂”难在哪里？】 不过这样的弹道对于航天器及轨道设计提出了更高要求，难度极大，要求航天器飞行控制系统能够精确计算出飞行轨道，还能够精确控制自己的状态和姿态，提高飞行精度。 由于难度太大，早期航天器只能采用采取部分跳跃的方案来降低过载，例如阿波罗登月飞船在进入大气层之后，全程在大气层内跳跃，高度也不到100公里，当然效果相对也要差一些，阿波罗登月飞船返回地球的时候过载能够控制在7G以内，落点偏差为50公里左右。
（阿波罗计划探月过程示意图，过程与现代大致类似，但细节差别很大） 尽管这些指标比直接返回轨道有明显改善，但是距离人们要求仍然有一定差距。 进入新世纪，人们对新一代航天器要求更高，例如NASA就要求猎户座探月飞船能够在任意时刻返回地球，也就是说航线起点可以是月球轨道任何一个位置，还要保证飞船能够在地球指定位置精确着陆。
（猎户座可以随时启动返回地球，有很强实用价值，方便处理突发情况） 在这种情况下，猎户座探月飞船要具备大距离机动能力，但是它本身能够提供升力有限，因此再入式跳跃轨道必不可少。猎户座探月飞船此次返回航迹与阿波罗探月飞船明显不同，它首先再入大气层，利用大气减速，然后再飞出大气层，飞行一段时间之后再次进入大气层，二次减速。这样飞船经过多次减速，过载进一步降低，落点更容易控制。 【太空打水漂技术，中国早已掌握】 我们能看到，打水漂的难度确实非常大。首先需要飞船飞行控制系统能够精确计算出相关轨迹引导飞船飞行，还要稳定飞船状态，以提高飞行精度。然后它在大气层内飞行时间较长，需要考虑高超声速飞行状态。多次进入大气层，气动加热，需要考虑蚀烧防护问题等等。
（从月球“掉”回地球时，飞行器速度远远超过近地轨道的飞船，减速是大问题） 再入式跳跃轨道对于中国航天器来说非常重要，我们全球测控网还在发展之中，航天器返回只能选择本土，这样就要求航天器能够精确在国内着陆场着陆，所以中国探月航天器也采用了再入式跳跃轨道。
（嫦娥五号返回舱，经受住了轨道控制与高温的考验，成功将月壤带回中国） 2020年中国嫦娥五号探月飞行器携带月球样品返回，返回舱和飞行器在太空预定位置成功分离，返回舱以再入式跳跃轨道多次进/大气层，成功降低了速度，航程超过6000公里。 期间过载控制在5G以下，返回舱外形完好，没有明显的损伤。由于速度降低，过载减少，返回舱在预定位置精确打开降落伞降落，误差不到2公里，实现了超高精度着陆，成功将月球样本带回祖国，再次显示了中国航天的技术实力。
（嫦娥五号的返回舱个头并不小） |
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