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平安抵京!航天员是如何“精准到家”的?

科创中国 2024-01-25

据中国载人航天工程办公室31日下午消息,圆满完成神舟十六号载人飞行任务的航天员乘组,已乘坐任务飞机平安抵达北京。3名航天员抵京后将进入隔离恢复期,进行全面的医学检查和健康评估,并安排休养。之后,将在京与新闻媒体集体见面。

今天早些时候,北京时间2023年10月31日8时11分,神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,神舟十六号载人飞行任务取得圆满成功。9时10分,三名航天员全部安全顺利出舱,健康状态良好。
至此,航天员景海鹏圆满完成了第四次飞天旅程,累计在轨执行任务时间超过200天,是目前为止执行飞行任务次数最多的中国航天员。我国首位航天飞行工程师朱杨柱和首位载荷专家桂海潮也圆满完成首飞之旅,标志着我国现有3种类型航天员均已完成飞行考核和实践检验,为工程后续发展建设和大规模开展空间科学实(试)验打下良好基础。

航天员如何“精准到家”?

“本次任务继续采用快速返回技术,”中国航天科技集团有限公司五院回收试验队总体负责人彭华康介绍,“载人航天,人命关天,处于高速运动状态的返回舱一旦中途出现故障,外界无法采取营救措施,所以我们会用最成熟稳定的技术将航天员尽快接回家。”
航天员想“回家”,首先要坐着返回舱绕地球飞行几圈。这成为返程路上最耗时的地方。
自从2022年神舟十三号载人飞船开始采用快速返回技术后,航天员不用再像先前一样绕地球11圈才能找到合适的时机再入大气层。如今,告别空间站后,正常情况下,返回舱只需要绕地球飞行5圈,就会正式进入返回轨道。
“在绕飞的这5圈,飞船即使在路上也并没有‘闲着’,会通过标定不断对飞船的轨道进行精确校准与修正,还要进行返回参数计算,例如发动机什么时候开始工作,工作多长时间等,为最后瞄准做准备。”彭华康解释,“可以理解为它在决定什么时间、什么地点用什么姿态踩‘刹车’。”
完成5圈绕行之后,返回舱会离开原来的轨道,正式通过返回轨道进入大气层。“在进入大气层前,飞船还要进行一些姿态和方向的调整。如果角度太大,航天员会承受巨大的过载,飞船也容易烧毁;如果角度太小,飞船就很有可能无法顺利进入大气层。”彭华康介绍。
神舟飞船以约7.8公里每秒的速度启程从太空返回地球,还要穿越大气层,可以说是危险重重,技术人员设置了不同的减速方式组合,让飞船返回舱稳稳落地。
首先是制动阶段的减速。
“如果制动不正常,返回舱就无法进入大气层,速度就降不下来。”彭华康介绍,等飞船进入绕行的最后一圈,会进行一次姿态调整,首先是旋转90度,返回舱、推进舱告别轨道舱,之后两舱再转90度,推进舱朝前推进,发动机点火工作大约150秒,第一次减速结束,返回舱和推进舱开始自由下降。
之后,距地球145公里的时候,推进舱与返回舱分离,推进舱烧毁,返回舱带着航天员继续下降,到达近地点100公里的位置。
第二次减速就是众所周知的“再入大气层”了。
在返回舱与大气层剧烈摩擦下,舱外温度达到上千摄氏度,也就是在这个阶段,航天员可以通过舷窗看到外面的火花四溅。
这个阶段最重要的是要把舱体调整到一个正确姿态,以升力控制的方式再入,舱上自带的发动机会把返回舱调整为防热能力更好的防热大底朝前的状态,否则会非常危险。其实这个阶段,飞船上的GNC(制导导航与控制)系统会全自动驾驶飞船返回地球,即使是在无法与地面沟通联系的黑障区,GNC系统也会控制舱上自带的发动机有序工作,将返回舱始终保持在一个正确的姿态。
等飞船还剩大约10公里路程的时候,降落伞出场,第三阶段的减速就正式开始了。
我们常常在电视直播画面中看到的红白花伞,就是返回舱的主降落伞,足足有1200平方米、3个篮球场那么大。
庞大的主降落伞并不能直接接手快速下降的返回舱,设计师们巧妙设计了一套三级开伞程序,即先打开两个串联的引导伞,由引导伞拉出一顶减速伞。减速伞先把返回舱的速度由每秒200米减至每秒90米。
在距离地面约8公里时,减速伞与返回舱分离,主降落伞开始上岗,将返回舱的速度由每秒90米降为每秒8米。
返回舱着陆的一刻,总是伴有火光,其实这是返回舱的第四次减速过程——反推发动机开始工作了。
在距离地面6公里时,返回舱防热大底会被抛掉,4台反推发动机正式“露面”。当返回舱距离地面1米左右时,反推发动机点火,通过给返回舱一个向上抬的力,达到进一步减速,最终以每秒1-2米的速度完成着陆缓冲。一路“不断减速”的航天员顺利到站。

“太空出差”154天都忙了些啥?

神舟十六号载人飞船于2023年5月30日从酒泉卫星发射中心发射升空,随后与天和核心舱对接形成组合体。

作为首批执行空间站应用与发展阶段载人飞行任务的航天员乘组,3名航天员在轨驻留154天,期间进行了1次出舱活动和中国空间站第四次太空授课活动,配合完成空间站多次货物出舱任务,为空间站任务常态化实施奠定了基础。

此次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的首次载人飞行任务,在航天员乘组和地面科研人员密切配合下,开展了人因工程、航天医学、生命生态、生物技术、材料科学、流体物理、航天技术等多项空间科学实(试)验,在空间生命科学与人体研究、微重力物理和空间新技术等领域取得重要进展,迈出了载人航天工程从建设向应用、从投入向产出转变的重要一步。

源:综合中国载人航天工程办公室、中国航天报(记者 顾航瑜)、中国航天科技集团


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