嫦娥五号“打水漂”返回地球是钱学森弹道？其实差很远

　　许多人都喜欢打水漂，它的玩法很简单：在河、湖或是水塘旁边，随手捡一块扁平的鹅卵石，将它用力向水面，只要方法得当，石头就会在水面弹跳着向前飞行。如果你技术够好，它能连续弹跳十几下才沉入水中，很好玩！

　　玩过打水漂吗？

　　要想将水漂打得远是需要些技巧的：你得选择扁平一些的石片，抓紧它，放低姿态像扔铁饼一样将它平着扔出去，石片出手的瞬间你需要让它水平旋转起来，当然水面最好不要有大的波浪。

　　打水漂的手法技巧

　　石头为什么能在水面弹跳？因为水比空气的密度大，石头在飞行时有一个向前的动量，同时受重力的影响，石头会向前下方压迫水面，这时候水面会给石片一个向后上方的反作用力，石片向前上方弹起进入下一个循环，直到动量减小最后沉入水中。

　　旋转的石片飞得更远，这是因为旋转的角动量使石片保持一个相对稳定的攻角，它不会在水面翻滚，会总是以底部平面接触水面，因此更容易弹跳起来。

　　石片接触水面时的角度

　　科学总是有许多相通的地方，孩子们喜欢的一个游戏，到了科学家的脑子里往往会变得高大上起来。桑格就是这样一位科学家。

　　欧根·桑格出生于奥匈帝国，1936年时在德国负责火箭研发。他设想了一种由火箭推动的轰炸机，它先爬升到上百公里的临界空间（没有出大气层）然后向下俯冲，由于下方稠密空气形成“水面”，轰炸机能在平流层弹跳着前进到很远的地方投弹。这就是著名的“桑格弹道”。

　　桑格的“水漂”轰炸机直到二战结束后也没搞出来，而就在桑格终于放弃造武器去轰炸美国的时候，正在美国搞研究的科学家钱学森也提出了类似的设想。

　　钱学森正在讲解“钱学森弹道”

　　钱学森提出制造一种飞机，它先由火箭推送到大气层100公里“卡门线”的上方进入太空，然后再向下俯冲，这样飞机可以在消耗很少燃料的情况下从美国纽约滑翔到欧洲的巴黎。钱学森的这个设想被后人称为“钱学森弹道”。

　　你也许注意到了，钱学森弹道与桑格弹道很像，但二者的高度不同。钱学森弹道是要先飞出大气层然后在地球引力的作用下在临界空间的稀薄空气中滑翔，它是一种滑翔弹道；桑格弹道不出大气层，它是在平流层稠密空气的上方弹跳，因此桑格弹道更像是“打水漂”。另一个区别：桑格弹道的设计初衷是制造超远程高空轰炸机，钱学森是爱好和平的人，他设想的是制造跨洲际民用飞机。

　　东风17，它采用超高速滑翔机动弹道

　　当然，今天的军事科学家利用这两种弹道制造高超声速巡航导弹，这是后话了。

　　与其它大多数返回式飞行器不同，嫦娥五号是从月球飞回来，它的速度更快。

　　普通的绕地卫星轨道速度大约在7.9千米/秒，这是第一宇宙速度，又叫地球环绕速度。达到这个飞行速度的航天器可以长时间地在几百公里高空绕着地球飞，不需要一直开着发动机。但由于万有引力的作用，它也逃不出地球的束缚，飞不远。

　　要想飞去月球，你需要更快的速度：接近（但不达到）11.2千米/秒，也就是第二宇宙速度。同样地，因为动量守恒，我们从月球回来时，航天器的飞行速度也会保持差不多11.2千米/秒。

　　嫦娥五号回归

　　这个速度非常快，我们知道地球表面有着厚厚的大气层，你以极高的速度进入大气层时会产生两个副作用：一是剧烈的空气摩擦产生高温，会把飞船烧毁；二是由于减速太快，它会产生极大的过载，宇航员吃不消，飞船里的电子设备也可能受不了。怎么办呢？我们要想办法让它减速，同时要克服这些副作用。

　　航天器再入大气层会产生高温和过载

　　你可能会说，用火箭发动机反推，在接近地球时先把速度降下来就行了。这种想法很好！但你忘记了飞船携带的燃料是有限的，其实在回来时就已经所剩无几了，所以我们还是得依赖大气层减速。

　　嫦娥五号采用的办法是“两次进入”，它先以一个设计好的角度斜着插入大气层，由于卡门线下方的大气越来越稠密，它会像水面一样在飞船底部形成升力和阻力，升力让飞船弹跳起来飞行一段再重新落回大气层。经过一次弹跳，飞船的速度大幅下降，再进入大气层时过载就不会过大，温度也不会过高。

　　嫦娥五号的“两次进入”法

　　嫦娥五号打的“水漂”只弹起了一次，如果哪个小朋友这么玩一定会被同伴们笑话的。但航天飞行是一门科学，它讲究的首先是有效可控而不是炫耀，能达到目的就行，所以嫦娥姑娘不会在大气层边缘一直蹦蹦跳跳。

　　钱学森弹道主要是在大气层边缘滑行，桑格弹道更像是打水漂，但二者的速度都不高，并不适于用嫦娥五号减速的目的。

　　那么嫦娥五号的“打水漂再入法”是我们中国人发明的吗？这个说来话长，且听下回分解。