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首次采用快速返回模式,更快、更舒適—— “神十三”這樣回家

時間:2022-04-17 07:38:22 來源: 人民日報


4月16日上午,神舟十三號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸,被稱作“感覺良好”乘組的神舟十三號航天員翟志剛、王亞平和葉光富結(jié)束“太空出差”,回到闊別半年之久的地球,為我國迄今最長一次太空載人飛行畫上圓滿句號。

神舟十三號載人飛船返回,首次采用快速返回模式,使得航天員能夠更快更舒適地安全返回地面。為此,科技人員做了精心設(shè)計和保障。

返回所需時間由11個飛行圈次壓縮至5個

神舟十三號載人飛船不僅是目前我國在軌駐留時間最長的飛船,也成為返回速度最快的飛船。

據(jù)專家介紹,載人飛船返回技術(shù)是建設(shè)空間站的關(guān)鍵和必備技術(shù),關(guān)乎任務(wù)成敗和航天員生命安全。此次實施快速返回,是為了進一步提高返回任務(wù)執(zhí)行效率,縮短地面飛控實施時間,提高航天員返回舒適度。

和神舟十二號載人飛船相比,此次快速返回并沒有太多技術(shù)升級或改變,依然采用智能自適應(yīng)預(yù)測制導(dǎo)方法。但中國航天科技集團五院技術(shù)人員通過對飛行任務(wù)事件進行合理裁剪和調(diào)整、壓縮操作時間,將返回所需時間由以往的11個飛行圈次壓縮至5個飛行圈次。

神舟十三號飛船從空間站撤離后,首先繞地球飛行5圈,每圈用時大概1.5小時。此前,神舟十二號載人飛船返回時繞飛地球18圈,歷時一天多。

首次快速返回,對著陸場的搜救能力提出更高要求。東風著陸場位于東風航天城東部,地處西北內(nèi)陸戈壁深處,地域遼闊、人煙稀少,是航天器返回搜救天然著陸場。但著陸場搜索區(qū)域達數(shù)萬平方公里,又有戈壁、沙漠、鹽堿地、水域等多種地形地貌,搜索難度大、橫跨范圍廣。為此,神舟十三號搜救回收隊伍早早投入演練,集結(jié)起搜救空中分隊、地面分隊、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保等各方面力量,并在搜救回收空中、地面分隊中增加一批全新的智能化設(shè)備,保障搜救回收的高效率。

安全返回要控制好3個“度”

神舟十三號載人飛船返回地球可以說是過程復(fù)雜、驚心動魄,要依次經(jīng)過軌返分離、推返分離、再入大氣層、過黑障區(qū)、開降落傘、開著陸反推發(fā)動機等關(guān)鍵環(huán)節(jié),返回過程還要經(jīng)歷嚴酷空間環(huán)境和軌道條件的考驗。通過科技人員控制好3個“度”,神舟十三號飛船最終穩(wěn)穩(wěn)落地。

速度控制要恰到好處。神舟飛船在軌道上運行的速度大約為7.8千米/秒,接近第一宇宙速度。如此快的速度下,要確保航天員的安全,就必須對返回地球后的最終著陸速度進行控制。為實現(xiàn)這一目標,中國航天科技集團五院技術(shù)人員在飛船研制階段開展大量試驗驗證和數(shù)據(jù)判讀,保證飛船在著陸過程中逐步降低速度,確保飛船順利再入大氣層。之后,返回艙進入大氣層后依靠空氣動力產(chǎn)生的阻力和升力減速,運動至地面附近時打開降落傘,進一步降低速度,著陸瞬間則開啟返回艙底部的著陸反推發(fā)動機,從而將落地速度降低到一定范圍。

溫度控制要適中。當返回艙進入大氣層后,與空氣發(fā)生劇烈摩擦,艙體表面局部溫度可達上千攝氏度。為了確保艙內(nèi)溫度依然舒適,飛船控溫的主要手段是依靠防熱結(jié)構(gòu)對艙內(nèi)進行保護。中國航天科技集團五院科研人員在艙體表面設(shè)計了防熱涂層,敷設(shè)有一層燒蝕材料,當溫度達到一定程度時燒蝕材料升華脫落,帶走大量熱量,從而降低溫度。

此外,神舟飛船返回對著陸精度要求極高,為使返回艙著陸在指定區(qū)域,必須對飛船著陸點的精度進行控制。中國航天科技集團五院技術(shù)人員通過對神舟十三號飛行過程中速度、角度和方向的精準控制,使其最終著陸在預(yù)定地點。

“黑障區(qū)”是飛船返回艙進入大氣層后令人揪心的一段旅程。返回艙進入大氣層時,與周圍空氣激烈摩擦,形成一個高溫高壓的電離氣體層,這個氣體層包裹在返回艙表面,隔絕了返回艙與地面測控站之間的通信聯(lián)絡(luò),形成通信黑障區(qū)。一旦出現(xiàn)問題,會使返回艙偏離預(yù)定的著陸區(qū)域,延誤對返回艙的及時搜索和救援,嚴重時還會危及飛行安全。

為解決黑障區(qū)的跟蹤測量問題,中國航天科工集團二院科技人員使用自主研制的雷達,從神舟十三號飛船進入大氣層就開始跟蹤測量。

飛船經(jīng)受住10個月穩(wěn)定性考驗,出色完成使命

神舟系列飛船是航天員實現(xiàn)天地往返的生命之舟,由中國航天科技集團五院抓總研制。作為中國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段發(fā)射的第二艘載人飛船,也是駐留太空時間最久的神舟飛船,在神舟十三號載人飛行任務(wù)中,實現(xiàn)了多個首次。

例如,由于空間站組合體有著不同構(gòu)型,前來訪問空間站的航天器和空間站對接時會有不同停靠狀態(tài)。在6個月的太空駐留中,神舟十三號通過與空間站徑向交會對接和分離,驗證了不同交會對接狀態(tài)的可靠性,徑向交會對接技術(shù)是首次驗證。

實際上,神舟十三號載人飛船也完成了首次執(zhí)行應(yīng)急救援發(fā)射待命的任務(wù)。為應(yīng)對在軌停靠飛船無法返回的故障,空間站任務(wù)階段首次建立了應(yīng)急救援任務(wù)模式,采用“滾動待命”策略,即在前一發(fā)載人飛船發(fā)射時,后一發(fā)載人飛船在發(fā)射場待命,通過在軌停靠飛船和發(fā)射場待命飛船共同確保在軌航天員安全。也就是說,當神舟十二號發(fā)射升空時,神舟十三號就已在發(fā)射場待命,再從其發(fā)射到如今返回,其實已經(jīng)受了長達10個月的穩(wěn)定性考驗。

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