明查｜嫦娥六号“31马赫让全世界更加文明了”？嫦娥五号就已实现

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- 相较之下，嫦娥六号有更加值得关注的技术突破：突破了月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术、月背起飞上升技术，实现了世界首次月球背面自动采样返回，再次创造了中国航天的世界纪录。

事件背景

嫦娥六号返回器于6月25日准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域，工作正常，这标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功，实现世界首次月球背面采样返回。在此次返回前，社交平台已经流传说法称，嫦娥六号返回速度“超越时代”，“31马赫，让全世界更加文明了”，“31马赫是西方50年都难以追赶的”。这类说法准确吗？嫦娥六号有哪些新突破？

网传说法截图

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“马赫”的正确打开方式

马赫数是速度与音速的比值，其代表的是局部流速相比较介质音速的倍数，而音速（即声音的传播速度）在不同高度、温度与大气密度等状态下具有不同数值，因此马赫并不是一个固定的数字单位，即无量纲量（常见的无量纲量还包括圆周率等）。1马赫的速度一般默认是标准大气压下（海平面）声音在15℃空气中的传播速度，即约340米/秒。

NASA的研究机构Glenn Research Center指出，飞机在空中飞行时，附近的空气分子会受到干扰，并在飞机周围移动，在高速飞行时，飞机的部分能量会压缩空气，局部改变空气密度。这种压缩效应会改变飞机所受的力，速度越快，这种效应就越重要。飞机的速度与气体中的声速之比，即马赫，决定了许多压缩性效应的大小，常应用于空气动力学（aerodynamics）研究中。

Glenn Research Center对马赫数的释义

《西北工业大学学报》发表的《马赫角与马赫数关系的简洁推导》指出，“由于超声速（文中指supersonic，学界常用以表示处于1-5马赫数之间的速度）物体与气体的相互作用比较复杂，通常利用计算流体力学理论得到数值解，如果能避开复杂的相互作用力，建立合适的物理模型，得到小扰动波动方程的解析解，这一工作将对人们从另一角度认识超声速流中小扰动的传播有一定的理论意义。”可见，在一般气体条件下，马赫数常用以简化计算步骤。

而嫦娥六号重返地球的过程，涉及高超音速（hypersonic，意味着马赫数大于25）飞行器返回大气层的再入动力学（reentry dynamics）。在此条件下，气流温度非常高，以至于其中双原子分子的化学键被破坏，分子断裂后会在飞机周围产生带电等离子体，加之海拔高、空气密度小，飞行器的下表面会产生强烈的冲击波，因此，再入大气层的实现确实是高难度课题。换言之，进入地球大气层时，飞行器会受到重力和与空气粒子摩擦所产生的阻力等多种力的作用，阻力能够减缓重力对飞行器的作用，但同时也会产生极度高温，因此控制飞行速度和再入角度至关重要。

在上述空气条件下，31马赫可以代表约10.6千米/秒的速度。根据国家航天局发布的信息，“嫦娥六号返回器在距地面高度约120公里处，以接近第二宇宙速度（约为11.2千米/秒）高速在大西洋上空第一次进入地球大气层，实施初次气动减速。”严谨来说，用马赫描述嫦娥六号的返回速度需要同时说明音速条件。

另外，实现登月的基本条件就是脱离地球引力束缚，发射速度至少需要达到第二宇宙速度11.2千米/秒，这也是历来所有成功的探月任务必备的飞行速度。

嫦娥六号的返回速度和方式是世界首次吗？

实际上，根据国家航天局通报，嫦娥六号返回器速度与2020年的嫦娥五号基本一致，“嫦娥五号返回器在距地面高度约120公里处，以接近第二宇宙速度（约为11.2千米/秒）高速进入地球大气层，实施初次气动减速。下降至预定高度后，返回器向上跃出大气层，到达最高点后开始滑行下降。之后，返回器再次进入大气层，实施二次气动减速。”而这种返回方式，即半弹道跳跃式再入返回，也出现于嫦娥六号返回过程。

2020年12月，就嫦娥五号返回技术，航天科技集团五院专家曾向澎湃新闻解释，“就像在太空中‘打水漂’，返回器先是高速进入大气层，再借助大气层提供的升力跃出大气层，然后再以第一宇宙速度扎入大气层，返回地面，整个过程环环相扣，将在15分钟内完成。”“‘打水漂’就是为了让返回器在大气层中的飞行和再次升高的过程中消耗足够多的能量，从而把速度降下来。” 由此可见，在我国，嫦娥六号返回器的返回速度和方式早已于2020年就已经实现。

需要指出的是，在此之前，美国阿波罗登月计划以及苏联的Zond系列月球探测任务也曾通过跳跃的方式实现再入返回。半弹道跳跃式再入返回是基于我国航天器实际情况进行的再设计。

阿波罗11号再入时进行了一次向上跳跃以躲避气流，不过并没有跳出大气层。

Zond 6再入返回时曾两次进入大气层完成跳跃式返回。

在嫦娥五号基础上，嫦娥六号拥有除了返回速度之外更值得关注的“闪光点”。国家航天局副局长卞志刚介绍，嫦娥六号任务是中国航天史上迄今为止技术水平最高的月球探测任务，实现了“三大技术突破”和“一项世界第一”。即突破了月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术、月背起飞上升技术，实现了世界首次月球背面自动采样返回，再次创造了中国航天的世界纪录。

嫦娥五号任务是在月球正面采样返回，嫦娥六号任务则是在鹊桥二号中继星的支持下，实施月球背面采样返回。应对新挑战，嫦娥六号任务总设计师胡浩介绍，作为嫦娥五号的备份，嫦娥六号的生产时间比较长，执行任务之前，科研人员对产品的质量和可靠性进行了深入梳理，使整个系统能够更健全、更健康、更可靠。此外，科研人员在较短时间内从头开始研制了鹊桥二号中继星，并克服困难，开展了大量试验和验证工作。

综上，网传文章中称“展现强大实力”的嫦娥六号返回时速度和半弹道跳跃式再入返回方式其实并非首次实现，我国在2020年嫦娥五号返回时就已经达成。相较之下，嫦娥六号有更加值得关注的技术突破：突破了月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术、月背起飞上升技术，实现了世界首次月球背面自动采样返回，再次创造了中国航天的世界纪录。