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13时41分许，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高速在大约大西洋上空第一次进入地球大气层，实施初次气动减速。下降至预定高度后，返回器在大约印度洋上空向上跳出大气层，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。这一过程俗称“太空打水漂”，标准术语为“半弹道跳跃式返回”。

为何要“太空打水漂”式返回？中国航天科技集团五院科研人员介绍，嫦娥六号返回器从月球飞向地球速度非常快，返回过程必须减速。这样设计，目的是利用数千公里大气层的阻力和与大气摩擦产生的热量快速消耗返回器的能量，使其再次穿出大气层时速度已经降到第一宇宙速度以下，不再具备环绕地球飞行的条件而第二次进入大气层。

科研人员介绍，“太空打水漂”依靠全数字全系数自适应预测校正制导技术。为了验证该项技术，2014年，我国专门发射了月地高速再入返回飞行试验器并取得了圆满成功，这是该项技术的首秀。嫦娥五号任务是第二次采用该项技术，嫦娥六号月背自主采样返回任务的成功，再次验证了该项技术的强适应性、高精准度和高稳定性。

此外，嫦娥六号返回器在返回大气层时速度高达每秒7公里到11公里，因高速剧烈摩擦，返回器表面形成高温等离子气体层，并对电磁波造成屏蔽形成“黑障”，导致通信中断，返回器暂时失去联系。中国电子科技集团有限公司技术专家介绍，应对挑战，中国电科自主研制的多部测量雷达担负了返回区首点截获、“黑障”区连续跟踪等任务，精准“看”到返回器在太空中的飞行轨迹，助力返回器成功穿越“黑障”区。

此外，嫦娥六号返回器金属壳体科技含量也很高。科研人员介绍，由于返回器结构小，各类舱体焊接类零件在与薄蒙皮进行焊接时，均为壁薄、弱刚度大悬空区域结构开云入口，控制不好会造成研制过程中应力变形，影响舱体焊接后的轮廓度。针对返回器球段法兰的焊接结构特点，研制团队设计了分体式法兰焊接工装，大幅提高了舱体球段法兰的焊缝质量和焊接变形控制的效果，最终满足苛刻的整器外形面轮廓度要求。

为确保返回器安全着陆于预定地点，降落伞以两级减速的方式，绽放两次“红白伞花”。其中，第一级降落伞是一朵只有2平方米的“小花”，即减速伞，它负责“踩一脚刹车”，对返回器进行初级减速，并在踩完刹车后分离拉出主伞。第二级降落伞是一朵约为50平方米的“大花”，即主伞，负责把返回器速度由数百公里每小时降低到不超过50公里每小时。

其中，回收控制器是回收系统的“大脑”，控制着每一个关键动作。在返回器距离地球数千公里时，它便“苏醒”进入预备状态。返回器进入大气层后，回收系统的另一位成员——压力高度控制器如“耳朵”一般，时刻聆听着外面的“风声”，通过“耳膜”感受压力，以计算出返回器所处的高度。当高度达到预定的距地面10公里附近时，它会发出一个信号给回收系统的“大脑”，“大脑”随即发出弹伞舱盖的点火命令。

2020年12月17日，嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品，这是人类首次获得的月表年轻火山岩区样品，也是中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品。截至目前，国家航天局已向国内131个研究团队发放7批次共85.48克科研样品，产出科技论文100多篇，取得了许多有价值的科研成果。比如开云入口，通过测定月壤样品形成年份，将月球火山活动结束时间推迟约8亿年，还发现了月球第六种新矿物“嫦娥石”等。