2021年09月24日 星期五
神舟十二号载人飞船“四步”重返地球
□ 科普时报记者 付毅飞 操秀英

    9月17日13时30分许,神舟十二号载人飞船返回舱反推发动机成功点火后,安全降落在东风着陆场预定区域。三名航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波顺利返回地球,神舟十二号载人飞行任务取得圆满成功。

    从6月17日升空到9月17日顺利返回,神舟十二号“太空3人组”已在空间站组合体工作生活了90天,刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。

    跟三个月前的发射升空一样,神舟十二号载人飞船的返回吸引了公众的广泛关注。从飞船与核心舱分离到最终返回地面,航天员经历了20多个小时的时间。那么,神舟十二号航天员重返地球总共需要哪些步骤呢?

    全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩告诉记者,简单地说,飞船返回地面是飞船脱离原来的飞行轨道,沿一条下降的轨道再入地球大气层,通过与空气摩擦减速,安全降落到地面上的过程。

    庞之浩介绍道,飞船的返回可分为以下四个阶段。

    第一阶段是制动减速。要使飞船返回地面,必须降低飞船的飞行速度,改变飞行方向,使其脱离原来的飞行轨道,进入下降飞行的轨道。

    具体过程是,飞船在太空运行最后一圈时,地面向飞船发出返回指令,飞船随即调整姿态,相对前进方向向左偏航(逆时针转)90°,变成横向飞行状态,这是第一次调整姿态;随后轨道舱与返回舱以1—2米/秒的相对速度分离;然后返回舱与推进舱组合体再向逆时针方向转90°,使推进舱朝前,这是第二次调整姿态。达到这种制动姿态后,飞船推进舱上的发动机点火工作,使飞船降低速度,进入到返回地球的轨道。

    第二阶段是自由滑行。返回舱与推进舱组合体离开原来的运行轨道后,就以无动力飞行状态自由下降。当返回舱与推进舱组合体高度降至距离地面140千米时,推进舱和返回舱分离。推进舱在大气层时烧毁,返回舱继续下降,并消除两舱分离时产生的返回舱姿态分离干扰,建立正确的再入姿态角(速度方向与当地水平面的夹角),准备再入大气层。

    这个角度必须精确地控制在一定的范围内,一般为1.5°—1.7°,返回段的航程需要13000千米,如果返回舱的再入姿态角太大,返回舱在再入大气层时会由于速度太快,而使最大过载超标,人受不了,返回舱甚至会像流星一样在大气层中烧毁;如果再入姿态角太小,返回舱会从大气层边缘擦边而过,无法返回。

    第三阶段是再入大气层。返回舱在距离地面100千米时开始再入大气层。返回舱以7.9千米/秒的速度再入大气层时,会与大气产生剧烈摩擦,使返回舱变成了闪光的火球,周围产生的等离子气体层,屏蔽了电磁波,这时返回舱表面和大气层摩擦形成“黑障”,使返回舱暂时与地面失去联系,直到距离地球约40千米处时黑障消失,返回舱与地面的联系又恢复了。

    在再入大气层的过程中,从再入大气层到20千米高度期间,返回舱通过对飞船侧倾角的变化(配平迎角约为20°)来实现返回升力控制,使返回时的过载不大于4个G,而且可以比较精确地返回到着陆场。飞行高度约为20公里时,返回舱升力控制结束。

    第四阶段是回收着陆。在距地面约10千米时,回收着陆系统开始工作。它先打开伞舱盖,然后依次拉开引导伞、减速伞、牵顶伞和主降落伞。其中减速伞可把返回舱的速度从200米/秒减至80米/秒,主降落伞可把返回舱的速度由80米/秒减至6—8米/秒。

    “返回舱降到一定高度还要抛掉防热大底,以便露出底部的反推发动机。在距地面1米左右时,4台反推发动机点火,使返回舱以大约3米/秒的速度软着陆,保证航天员着陆时的安全。”庞之浩说。

    返回舱安全着陆后其标位系统开始工作,指示自己所在位置,以使搜索救援系统及时发现目标。

    庞之浩补充道,此次任务中,为了能快速准确地找到返回舱,航天五院510所新研制了国际救援示位标,它集定位信息获取、数据处理、编码调制发射于一体,具有高定位准确性,可实现紧急状态下救援的可靠性和实效性。“这种信标信号符合国际通用标准,能够被岸站遍布世界各地的全球海事卫星搜救系统所识别,从而确保搜救人员能够快速找到返回舱。”

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