近期最讓人興奮的大事件，無非就是中國嫦娥五號在經歷了長達23天的月球取樣後，終於再次回到了中國的家園。就在2020年12月17日淩晨1點，嫦娥五號返回艙帶著巨大的降落傘，安全、穩定、精准地落入到了內蒙古四子王旗地區。
嫦娥五號返回艙順利返回內蒙古。
當所有人都沈浸在歡樂和喜悅中時，人們發現原先潔白漂亮的返回艙，似乎被完全黑化了，上面有高溫燃燒的痕跡，甚至部分外殼都融化脫落了。我們知道返回艙在大氣層外是經過「打水漂」的再次進入的，速度早已降為第一宇宙速度以下了，而且進入大氣層後還打開了降落傘，速度很慢才對，為什麼會有如此嚴重的燃燒痕跡呢?
嫦娥五號返回艙為什麼會有如此嚴重的燃燒痕跡呢?
其實中國第一個太空人楊利偉，講過返回艙回地球進入大氣層後，被燒得面目全非，感覺就如孫悟空跌入太上老君的煉丹爐一樣，非常可怕。
楊利偉憶述2003年10月16日6時，他乘坐返回艙飛船回地球，飛行至距地面100公里，逐步進入稠密大氣層。這時飛船的飛行速度很大，遇到空氣阻力，它急劇減速，產生了近4G的超載，楊利偉的前胸和後背都承受著很大的壓力。
楊利偉與神舟五號返回艙成功著陸。
他說快速飛行的飛船與大氣摩擦，產生的高溫把舷窗外面燒得一片通紅；緊接著，在通紅的窗外，有紅的白的碎片不停劃過。飛船的外表面有耐高溫的防燒蝕層，隨著溫度升高，開始剝落，它剝落的過程中會帶走一部分熱量。
接著看到右邊的舷窗開始出現裂紋。外邊燒得跟煉鋼爐一樣，玻璃窗卻開始出現裂紋，那種紋路就跟強化玻璃被打碎之後那種小碎塊一樣，眼看著它越來越多，楊利偉也十分恐懼，因為外邊可是1600℃至1800℃的超高溫度。後來才知道，飛船的舷窗外做了一層防燒塗層，是這個塗層燒裂了，而不是玻璃窗本身。
飛船急速下降，跟空氣摩擦產生的激波，不僅有極高的溫度，還有尖銳的呼嘯聲，飛船帶著不小的超載，還不停振動，裡面咯咯吱吱亂響。
当飞行到距地面40公里时，飞船飞出「黑障」区，速度已经降下来了，上面说到的异常动静也已减弱。到最後关键的操作——抛出降落伞，飛船返回艙順利著陸。
嫦娥五號返回艙也經歷同樣的返航過程。上升器在月球表面取樣完成後，脫離底座升入太空與軌道器進行了一次完美的「太空之吻」，之後軌道器便帶著樣品開始著手返回地球了，不過為了得到足夠的返回速度以便脫離月球同時減少回時間。返回艙先是進行了6天的繞月，將速度提高到一定程度後在一個合適位置就開始了狂速模式奔向地球了。
嫦娥五號回程前先繞月6天。
這個奔向地球的速度是很快的，快到了第二宇宙速度。而且返回艙在到達地球後也沒有進行繞地飛行，而是直接在某個位置進行了一次經典但技術十分高超的拋物式「打水漂」，這就是官方說的「再次進入」，當時返回艙速度很快，在大氣層外的黑障區時速度已經幾乎接近了第二宇宙速度，快到了地球引力無法再有任何影響的程度了。經典的「打水漂」讓直落速度幾乎降為了零，甚至還有小段的上升過程，不過在水準方向上速度並沒有減少多少，其運動速度依然達到了第一宇宙速度。
嫦娥五號回程以經典的打水漂穿越大氣層。
第一宇宙速度為每秒7900米，這個速度非常快，在地球上沒有任何東西可以長時間經受這個速度的飛行，世界上最快的戰鬥機也不會到10音速不足每秒3000米，更不要說以這個速度穿過稠密的大氣層了。
嫦娥五號的返回艙在以這個速度經過大氣層時，一定會經歷一段時間的超高溫熔煉，高達1600℃至1800℃的超高溫度，和楊利偉及神舟五號返回艙一樣，要接受孫悟空跌入太上老君煉丹爐那樣的洗禮。
任何需要經過大氣層的航天器，科學家都會在其外層覆蓋一層容易汽化的特殊材料。其在經歷高溫時會瞬間汽化，帶走大量的熱量，速度越快，摩擦越強，其降溫效果就越好。所以返回艙內層是不會感覺到任何熱的，當然也就不會對內部月球土壤樣本有絲毫的影響了。
工作人員與返回艙的合影。
也就是說，返回艙被高溫「黑化」是回程必須的經歷。中國這次嫦娥五號的月球取樣任務，是十分完美、理想、無任何偏差地完成！
毛拍手
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經過23天的太空之旅後，中國嫦娥五號返回器攜帶2千克月球土壤樣本，今日(12月17日)凌晨2點，成功在內蒙古中部四子王旗著陸場著陸。
嫦娥五號經過23天的太空之旅後，返回器攜帶2千克月壤樣品成功在內蒙古中部四子王旗著陸場著陸，標誌著我國首次月球採樣返回任務圓滿完成！
嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成。成功執行一系列月球任務後，是返回器把月球土壤帶回來。
嫦娥五號返回器成功著陸。
據悉，嫦娥五號返回器的體積只有神舟飛船返回艙的七分之一，落區範圍（著陸面積）卻是後者的16倍，加上內蒙古四子王旗著陸場高寒冰雪的環境，這些都給搜尋工作造成了一定困難。按計劃，回收後的嫦娥五號返回器在完成必要的地面處理工作後，將空運至北京開艙，取出樣品容器及搭載物。
返回器著陸的一刻。
從1976年前蘇聯月球20號探測器最後一次月球採樣返回算起，這是時隔44年後人類再次採回月球樣品。
1、為什麼選擇在內蒙古四子王旗著陸？
除了本次嫦娥五號之外，此前我國神舟系列載人飛船也都選擇在內蒙古四子王旗著陸場著陸。
內蒙古四子王旗著陸場。
資料顯示，四子王旗海拔1000米到1200米，屬沙質草原，地勢平坦開闊，沒有大的河流湖泊，屬中溫帶大陸性氣候，全年乾燥少雨，空氣能見度高。這一地區以畜牧業經濟為主，牧民基本定居，大多孤門獨戶，人煙稀少，每平方公里人口不超過10人，房屋和高大樹木佔地面積遠小於草地總面積的千分之一。因此，非常適合作為飛船的著陸場。
2、為什麼嫦娥五號返回要採用「打水漂」的方式？
這段時間，關心嫦娥五號探月的朋友可能已聽說，嫦娥五號採用所謂的「打水漂」的方式返回。為什麼要採用這種方式？其實這種返回方式絕不是為了好玩，其背後有深刻的科學道理。
石子打水漂。
返回器從38萬公里之外的月球飛往地球的過程中，相當於從38萬公里的高度「掉」向地球，來到地球附近的時候，其速度已接近地球的第二宇宙速度（11.2公里每秒）！
我們知道，此前我國神舟飛船是在近地軌道上圍繞地球運動，其速度接近地球的第一宇宙速度（7.9公里每秒）。
也就是說，嫦娥五號返回器的速度比神舟飛船返回器的速度要快得多，需要採用在地球大氣層上「打水漂」的方式來延長減速過程和冷卻時間，降低氣動加熱和衝壓對艙體的危害。
根據此前官方給出的圖片顯示，返回器在深入地球大氣層60公里處開始反彈上升，爬升到100公里到140公里的高度後，重新進入大氣層降落。
嫦娥五號返回器在地球大氣層上空打水漂（動畫模擬）。
從上面可以看出，返回器在進入大氣層的第一階段所積累的熱量，在躍回高空後得到了有效耗散，重新進入大氣層後，速度就小得多了。
其實，這種「打水漂」的返回方式在科學上稱為「半彈道跳躍式再入」，其中有兩個關鍵詞「半彈道」和「跳躍」。
所謂「半彈道」是指航天器在進入地球大氣層時，可在一定程度上通過控制氣動升力來控制落點方向，區別於「彈道式」返回的完全無升力協助。
所謂的「跳躍」是指航天器進入大氣層後，由於氣動升力的作用，再向上躍起，做出飛出地球大氣層的動作。隨後，航天器會在地球引力作用下，重新返回地球大氣層。當然，這只是一個極簡化的說法，專業上的解釋要複雜和嚴格得多。
講到這裡，可能有朋友會問，為什麼不採用火箭反推的方式減速？
我們知道，嫦娥五號抵達月球的時候，就是利用火箭發動機反推的方式進行的減速，那是因為嫦娥五號抵達月球的時候速度本身已經比較低了，不像返回地球一樣擁有幾乎接近地球第二宇宙速度的速度。
月球沒有大氣層，無法利用大氣層減速，使用火箭發動機反推減速是必須的。但使用火箭發動機反推減速需要消耗燃料，就需要火箭在發射的時候攜帶更多的燃料，這無疑給火箭增加了負擔，降低有效載荷的重量。地球既然有濃密的大氣層，肯定要使用氣動減速了。
科幻電影《星際穿越》中的劇照。男主駕駛徘徊者號飛船靠「米勒星球」上的大氣阻力進行減速降落，捨不得用寶貴的燃料。
其實，早在2015年，中國就進行了「嫦娥五號再入返回飛行試驗器」，提前成功進行了高速返回測試，為確保本次嫦娥五號任務順利實施和探月工程持續推進奠定了堅實基礎。但由於本次是攜帶樣品返回，樣品儲存裝置以及樣品的質量要疊加在上面，還是有少許不同。
當嫦娥五號返回器降低到一定高度，速度達到開傘的條件後，降落傘展開，進一步降低其速度，並最終安全落地。
3、嫦娥五號挖回的月壤存放在哪裡？
國家天文台已建成國內首個「月球樣品實驗室」，為避免月球樣品受到地球大氣、水等環境污染做好了準備，已具備「地外樣品」存儲、處理和分析的能力。月球樣品返回地球後，地面應用系統將與探測器系統完成月球樣品交接，在月球樣品實驗室完成表取和鑽取樣品的解封、分樣和存儲。月球返回樣品經初步測試分析、描述和建庫後，根據授權進行發佈，開展長期的實驗室研究。
4、嫦娥五號挖回的月壤主要用途是什麼？
此前，科學家通過對美國和前蘇聯帶回的月球樣品的研究表明，月球上的火山活動在35億年前達到頂峰，然後減弱並停止。
但通過對月球表面的其他特徵觀測表明，某些區域可能含有最近10至20億年前才形成的火山熔岩，這又說明月球上的火山活動可能停止得相對較晚。
月球正面主要的月海。左上角紅圈就是呂姆克山，也是本次嫦娥五號著陸區域。
根據此前的報道，嫦娥五號是從呂姆克山脈附近採集的月壤樣品，那裡存在大約13億至20億年前的玄武岩。科學家通過對這些岩石樣本的研究，能夠最終確認該區域火山活動是何時停止的，這將對月球的演化歷史提供最重要的線索。
因此，當嫦娥五號把呂姆克山脈附近的樣品帶回地球後，科學家在實驗室通過對這些樣品進行分析，有望解決這個經典的難題。
1978年，美國贈予中國的月岩樣品。現收藏於北京天文館。
大家應該都聽說過這個故事了，1978年5月28日，美國派出總統國家安全事務顧問布熱津斯基訪問中國，並帶來了卡特總統向中國贈送的禮物：質量僅1克的月岩樣品。月岩樣品放在一塊有機玻璃內，看上去有指甲蓋般大小。這份樣品被一分為二：一半珍藏在北京天文館讓公眾參觀；另外一半用於研究，研究人員竟然發表了十多篇重要論文。
那小小的半克月岩樣本都能發表十多篇重要論文，我們自己採回的2千克樣本，肯定能發表更多豐富成果的論文了，為人類認識月球做出更多貢獻。
5、採回來的月壤樣品能夠揭開更多氦-3的秘密嗎？
關注科學的朋友應該還會聯想到另外一個重要問題，中國這次取回的樣品是否也是為了研究月壤中的氦-3？我們知道，氦-3是氦的一種同位素，未來理論上可以作為核聚變的理想核燃料，能解決重大的能源問題。
未能破解氦-3的秘密。
地球和行星科學家、中國地質大學（武漢）肖龍教授表示，氦-3不是月球自己產生的，主要跟太陽風的注入有關，因此在月面上，越老的地方氦-3積累的越多。
嫦娥五號此次選擇採集年輕地帶的月壤，並不是衝著氦-3而去。理論上，氦-3確實有很大的利用價值，可以作為可控核聚變的原料。但是氦-3的提取是一個極其複雜的過程，它的豐度要達到一定含量才會有提取利用的可能。目前人類技術水平還遠遠達不到開發、運輸和利用的程度，從實際應用的角度來講現在還為時尚早。
6、嫦娥五號從月球返回地球經歷了哪些過程？
嫦娥五號已經安全回家，最後讓我們來回顧一下它從月球返回地球的這十幾天經歷了什麼？
12月3日23點10分，嫦娥五號上升器搭載著從月球採集的樣品從月面順利起飛並成功進入月球軌道，完成了我國探測器首次在地外天體起飛的壯舉。
12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，並於6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中，實現我國首次月球軌道無人交會對接與樣品轉移。
12月12日9時54分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體經歷了約6天的環月等待，實施了第一次月地轉移入射，從近圓形軌道變為近月點高度約200公里的橢圓軌道。月地轉移入射的主要目的是通過月球軌道上的軌道機動，使軌道器和返回器組合體進入月地轉移軌道。
12月13日9時51分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體實施第二次月地轉移入射，在距月面約230公里處成功實施四台150牛發動機點火，約22分鐘後，發動機正常關機。根據實時遙測數據監視判斷，軌道器和返回器組合體成功進入月地轉移軌道。
12月14日11時13分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體上的兩台25牛發動機工作約28秒，順利完成第一次月地轉移軌道修正。
12月16日9時15分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體上兩台25N發動機工作約8秒鐘，順利完成第二次月地轉移軌道修正。
12月17日凌晨2點，經過23天的太空之旅後，嫦娥五號返回器攜帶2千克月壤樣品成功在內蒙古中部四子王旗著陸場著陸。
40多年前，美國和蘇聯把月球岩石和「土壤」帶回地球分析。中國成為第3個實現這一壯舉的國家，這是一項極其複雜的工程。
中國早前發射的「嫦娥四號」探測器完成首次月背軟著陸，此前任何航天國家都沒有完成過。如今「嫦娥五號」再次完成任務，中國的太空實力一日千里。
