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连闯四关!神舟十二号飞船回家了,专家揭秘此次重返地球之旅

现代快报讯(记者 阿里亚 胡玉梅)9 月 17 日," 神舟十二号 "3 名航天员要回家了,这也是神舟飞船首次在东风着 陆场降落。离开中国空间站,踏上重返地球的路,航天员要闯过哪些关?着落点为何选在了东风着 陆场?对此,现代快报记者采访了全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩和南京航空航天大学航天学院教授闻新。

△神舟飞船返回舱降落

航天员乘飞船返回地球,要闯四道关

从 6 月 17 日升空至今,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。从 9 月 16 日起,3 位航天员已启动返回地球的各项工作,开启回家之旅。

那么,航天员是怎么样从太空返回地球呢?" 简单来说,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。" 庞之浩向现代快报记者介绍," 神舟 " 飞船的整个返回过程需要经过制动离轨、自由下降、再入大气层和降落四个阶段。

具体过程为,首先是 " 神舟十二号 " 飞船与 " 天和 " 核心舱分离,然后启动推进系统,产生分离速度。同时启动两个航天器的姿控和轨控系统,保证飞船按预定要求撤离。飞船在太空中运行最后一圈时,地面向飞船发出返回指令。就像公交车 " 刹车 " 一样,此时飞船开始调整相应的姿态并逐步降速,直到返回地球轨道。

在制动离轨开始之前,飞船主体包括轨道舱(在前)、返回舱(居中)和推进舱(在后)这三个部分。制动离轨完成之后,轨道舱将会被留在太空轨道继续运行。这个时候,神舟十二号飞船只剩下推进舱和返回舱这两个部分了。

" 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。推进舱在进入大气层时烧毁,返回舱继续下降。" 庞之浩说,返回舱在距离地面 100 千米时开始再入大气层。在这个阶段,飞船的推进舱将会被抛弃,然后如流星般坠落在大气层中烧毁,飞船主体只剩下返回舱。

△返回舱与推进舱分离示意图

改变返回方式,克服惊心动魄的 " 黑障 " 阶段

返回舱再入大气层,是航天员返回地球过程中环境最为恶劣的阶段。

" 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。" 庞之浩说,在飞船穿越大气层时,因为速度极快,摩擦力极高,通常会发生燃烧,让舱体置于高温之中。同时,在回家的路上,飞船还会经历黑障区,导致处于短暂 " 失联 " 状态。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。

" 这个过程会持续约十几分钟。" 闻新告诉现代快报记者,虽然 " 神舟十二号 " 飞船上的定位设备就有北斗的导航终端,让我们随时都能清楚地知道飞船运行到哪个位置了,以及它的具体运行速度。但是,当飞船进入黑障区后,北斗导航就无法返回信号。

我国目前采用的航天器返回技术主要有弹道式和升力式两种,以往的神舟飞船返回普遍采用标称弹道升力式返回。这次 " 神舟十二号 " 飞船返回过程中首次采用 " 动态适应 " 的返回方式,返回前确定瞄准点,地面发起标准化返回流程后,根据实时弹道预测并进行动态调整,以实现精准返回控制。

据悉,根据此方案,当飞船在穿越 " 黑障 " 阶段时能够辨识空间环境对它的影响,并实时制定出新的升力控制的策略。

△返回舱再入大气层示意图

首次启用副着 陆场,返回难度超以往

值得注意的是,这次神舟飞船不再是在过去常用的四子王旗主着 陆场降落,而是在副着 陆场——东风着 陆场降落。

" 航天器的回收有着严格的条件和要求,并不是想落在哪里就落在哪里。" 闻新说,根据航天器运行轨道的特点,着 陆场必须同时具备 4 个基本条件:一是航天器将从这个地区上空多圈次通过;二是场地要开阔;三是地势要平缓,地表要足够坚硬;四是这一地区天气状况要良好。

根据上述要求,经过大量的勘测、调研、分析和比较,我国最终选择了内蒙古中部四子王旗地区作为主着 陆场。同时选择了距离主着 陆场 1000 千米的酒泉卫星发射中心东南部地区为副着 陆场,即东风着 陆场。

" 东风着 陆场位于内蒙阿拉善盟额济纳旗的中南部地区,该地区属温带干旱荒漠气候,冬季干冷,夏季炎热,少雨,多风。由于该着 陆场位于沙漠和戈壁上,也有山地等高凸或坑洼的地形,所以搜索救援难度比以前高。" 庞之浩说,这回将首次检验东风着 陆场的搜索救援能力。

现代快报记者了解到,目前东风着 陆场已经先后组织了四次全系统搜救回收综合演练,多次组织了针对着 陆场周边沙漠、戈壁、山地等复杂地形环境的搜索、作业展开、野外生存等课目训练。

【延伸】

航天员 " 倒座 " 返回

你知道吗?在返回舱再入大气层时,航天员是坐在 " 倒座 " 上,即航天员乘坐的座椅方向是与飞船的飞行方向相反的。

这是为什么呢?闻新解释,这是因为返回舱在再入过程中一直处于 " 刹车 " 减速状态,采用 " 倒座 " 可以使航天员的头部和上身紧压在带有赋形坐垫的座椅靠背上,这样航天员便于承受较大的过载。

(庞之浩供图)

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