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“太空出差三人組”如何飛速回家

發布時間:2022-04-16 08:53 來源:中央紀委國家監委網站

神舟十三號載人飛船回收試驗隊總體設計師揭秘

“太空出差三人組”如何飛速回家


在空間站組合體工作生活183天后,“太空出差三人組”今天回家。從太空回地球,是一趟怎樣的旅程,是一種怎樣的體驗?為了讓三位航天員平安回家,我們的科研人員都做了哪些精心準備?神舟十三號返回前夕,記者采訪了中國航天科技集團五院神舟十三號載人飛船回收試驗隊總體設計師劉慶博。

問:神舟十三號的三名航天員重返地球,返回需要多長時間,過程大致是怎樣的,有何特點?

劉慶博:本次神舟十三號首次采用5圈快速返回方案。飛船繞飛地球是為了等待返回時機,同時地面還需要在這段時間進行參數注入和策略制定等準備工作。通過對飛行任務事件進行合理裁剪和調整,我們壓縮了操作時間,使繞飛減少到5圈。

飛船從空間站撤離后,繞地球飛行5圈,每圈用時大概1.5小時。大約7.5小時后,返回艙與軌道艙開始分離,隨后經過返回制動、返回艙與推進艙分離、調整返回艙進入大氣層前的姿態、進入大氣層后采用升力式控制、彈傘艙蓋開傘、拋防熱大底、推進劑排放、反推發動機工作等程序,最后返回艙著陸。從返回艙與軌道艙分離開始,到返回艙平安著陸,大約需要50分鐘。

問:與神舟十二號返回任務相比,這次神舟十三號返回有何不同?在技術保障等方面有何亮點?

劉慶博:神舟十二號返回時繞飛地球10多圈、歷時1天多,而本次神舟十三號首次采用5圈快速返回方案,僅需幾個小時就可返回,大大縮短了飛船返回所需時間。在技術保障方面,神舟十三號和神舟十二號一樣,都在返回制導方式上做了調整,由過去的標稱制導更改為預測-校正雙環制導方式。

標稱彈道制導,就是要求神舟飛船沿著設定好的路線返回,如果返回過程中出現偏差,就需要重新折回返回路線;而預測—校正雙環制導方式更加簡單直接,飛船不用沿著所謂的標準路線返回,只需一往無前地向落點飛去即可。可以說, 返回制導方式的變化,提升了神舟飛船返回艙彈道規劃的能力,也提高了返回再入的控制精度和可靠性。另外,返回艙救援定位精度也提高了,定位最大誤差由千米級降低到百米級。

問:神舟十三號飛船在太空中停留長達半年,長期暴露在太空環境中是否會對飛船造成影響?在飛船安全性可靠性方面做了哪些準備?

劉慶博:神舟飛船不可避免受到太空輻射環境的考驗,比如單粒子效應(一種空間輻射效應,即單個高能粒子穿過微電子器件靈敏區時造成器件狀態的非正常改變)影響設備的可靠性和壽命。針對神舟十三號飛船駐留半年這一情況,我們對飛船軟、硬件及其壽命進行了充分的地面驗證,保證飛船在軌期間狀態正常。我們還改進了飛船熱控設計,從而使其適應太空長期冷熱交變的外熱流環境。

問:談及飛船返回,經常會聽到“黑障區”的說法。“黑障區”對飛船有何考驗?我們如何確保飛船安全穿越“黑障區”?

劉慶博:在進入大氣層時,返回艙以數千米每秒的速度與大氣層發生劇烈摩擦,燃起2000多度高溫的火焰。在降落過程中,氣體和返回艙表面被燒蝕的防熱材料發生電離,形成包裹住返回艙的等離子區,使返回艙與外界的無線電通信極大衰減,地面接收不到遙測信號,造成地面與飛船之間的無線電通信中斷,這段時間被稱為“黑障區”。在這個過程中,地面無法通過任何遙控方式對飛船進行控制,只能依靠飛行器對狀態進行全自動處理。

在確保返回艙安全穿越“黑障區”方面,我們主要采取了以下技術手段:通過預測-校正雙環制導方式保證落點精度,這已經通過了神舟十二號的驗證,精度較高;返回艙的制導設備均采用冗余備份,相當于多重保險;飛船返回艙的外形像一個上窄下寬的“大鐘”,返回艙自身特殊的外形可以保證其以穩定的姿態在大氣層中飛行。同時,在其外表面裝甲防熱結構保護下,返回艙可以克服并承受再入過程中與大氣層劇烈摩擦產生的氣動力和氣動熱,安全穿越大氣層。

問:返回艙著陸是否平穩,事關航天員生命安全。在讓飛船減速、保障航天員安全方面有何設計?

劉慶博:返回艙著陸平穩與否,關鍵在于減速。首先,返回艙通過主、備兩套降落傘系統,確保其可靠減速。在距離地面40公里左右的高度時,神舟十三號已經基本脫離“黑障區”,當它繼續減速直到距離地面10公里左右時,返回艙上的靜壓高度控制器通過測量大氣壓力來判斷所處高度,并先后打開引導傘、減速傘和主傘,以此保證返回艙以較為柔和的方式實現多次減速,防止航天員一次受到過大的沖擊力。

當返回艙離地面高度大約1米時,安裝在返回艙底部的反推發動機工作進行反向點火,進一步降低返回艙的著陸速度(減速至3米每秒以下),實現軟著陸。與此同時,具有緩沖功能的航天員座椅在著陸前開始自動提升,從而使沖擊的能量被緩沖吸收。(中央紀委國家監委網站 柴雅欣

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