这是我国航天史上的历史性一刻。

嫦娥五号在圆满完成月球采样任务后，开启了“回家”之旅。12月3日23时10分，嫦娥五号上升器成功在月面起飞，这是我国航天器首次在地外天体表面起飞。

完成这次起飞并非易事，这是一个高难度科目。众所周知，运载火箭在地球起飞是有一套完备的发射塔架系统的，点火起飞位置也经过了精确测算，飞行轨道也是一遍遍计算好的。但月面起飞完全不同，没有“地勤”支持，一切都靠自己，且必须一次成功，难度极高。

起飞时，着陆器就是上升器的“发射塔架”。虽然落月过程中，通过地形相机和智慧的算法保证了“发射塔架”的倾斜角度在允许的范围内，但上升器必须自主确定自身姿态和位置。

据专家透露，上升器在起飞前数小时进入准备程序，地球上的科研人员根据之前获得的着陆器的着陆时刻、上升器的姿态和位置等数据，计算上升器起飞时间、姿态轨道调整参数等一套数据，远程注入上升器制导导航与控制（GNC）系统中心控制单元。到了预定的起飞时刻，主发动机自行点火，上升器起飞。

嫦娥五号上升器点火起飞

专家表示，在起飞的最初一小段距离，上升器是不进行姿态调整的，之后根据之前收到的参数迅速调平，并开始竖直上升，到达一定高度后上升器在GNC系统的指挥下，在主发动机和姿态控制发动机的共同作用下开始按照既定程序拐弯，并以一定角度转入轨道入射段。从月面起飞算起，经过约6分钟，250公里的飞行后，上升器进入与轨道器和返回器组合体交会对接的初始轨道。

为了确保上升器能够顺利起飞上升，航天科技集团五院嫦娥研制团队进行了大量的试验验证，并建立了一整套环环相扣的系统保证任务，最终保证了嫦娥五号迈出了回家的第一步。

这一步完成后，上升器启动交会对接程序，之后要进行多圈的飞行，完成4次远程导引，来到轨道器和返回器组合体斜上方位置，准备实施交会对接，把采集到的月壤转移到返回器。其实，上升器在月面逗留采样期间，轨道器和返回器组合体环月飞行的同时，在地面控制下已完成了4次调相控制（调整轨道）及支撑舱分离，在环月圆轨道上等待上升器到来。

据透露，这次浪漫的“太空牵手”大约在两天后实施。

经过几十年的实践探索，我国在载人航天领域已经熟练掌握了近地轨道交会对接技术，但是在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接不仅在我国尚属首次，而且也是人类航天史上的第一次。为此，从上升器进入环月飞行轨道开始，一直到轨返组合体与上升器完成对接与样品转移为止，设计师们为嫦娥五号精心设计了交会、对接、组合体运行、轨返组合体与对接舱分离等一系列关键动作，助推嫦娥五号实现完美对接。

月球轨道交会对接演示图

对接完成并顺利将样品转移至返回器后，轨道器和返回器组合体将在月球轨道上择机实施月地入射，当轨道器和返回器组合体飞到距地球5000公里时，轨道器留在月球轨道；返回器则要带着来自月球的2公斤左右的宝贵样品，经历惯性滑行、地球大气再入、回收着陆三个阶段最终返回地球。

值得关注的是，返回器回家的最后一步，面临着巨大的风险和挑战。

当返回器带着月壤，从38万公里远的月球风驰电掣般向地球飞来时，飞行速度接近每秒11公里的第二宇宙速度，而一般从近地轨道返回的航天器速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。可别小看了这每秒3公里的差距，就好像扔石头，同样一块石头，从一层楼扔下来的速度和从十几层楼扔下来速度肯定不一样。

半弹道跳跃式再入返回技术方案

同理，航天器从数百公里高的近地轨道返回和从38万公里远的月球返回必然不同，且差距巨大。一旦速度过猛，返回器一头撞向地球，后果不堪设想，必须让返回器减速飞行。为此，航天科技集团五院嫦娥五号设计师们创新性提出了半弹道跳跃式再入返回技术方案，就像在太空打水漂一样，整个再入返回过程就是让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，然后以第一宇宙速度扎入大气层，返回地面。