“太空出差三人组”回家!重返地球前还要做几件事?

2021-09-17 10:27:29来源:科普中国-军事科技前沿
来源:科普中国-军事科技前沿 西安报业全媒体编辑:张雅琴 2021-09-17 10:27
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最新消息,载人航天工程空间站工程阶段飞行任务总指挥部决定,9月17日神舟十二号飞船返回地球。

“太空出差三人组”回家!重返地球前还要做几件事?

太空出差3个月,三位航天员要回家了。离开中国空间站,踏上重返地球的路,航天员要闯过哪些关?首次选择降落东风着陆场,原因是啥?科普中国《军事科技前沿》专访了国际宇航联空间运输委员会副主席、中国航天科工集团二院研究员杨宇光。

“太空出差三人组”回家!重返地球前还要做几件事?

视频精彩要点

航天员重返地球风险高,首次在东风着陆场降落

问:神舟十二号的三名航天员从太空出发,重返地球家园,这个过程大致是怎样的呢?

杨宇光:重返地球是一个高风险过程。航天器以7.8公里每秒的速度环绕地球运行,而空间轨道运动的特点是,如果航天器原来是在一个圆轨道上运行,只需把速度稍降一点点,就会进入一个椭圆轨道,这个椭圆轨道离地球最近的点是近地点。当速度降到一定程度后,这个近地点就能低到大气层内了,随后利用大气阻力减速。

飞船和地心连线与地面的交点被称为星下点,而飞船运行和地球自转使得星下点在地球表面移动,形成星下点轨迹。当轨迹运行到非洲南端附近时,地面会向飞船下发制动指令,减速后进入近地点降低后的椭圆轨道运行。大约在经过巴基斯坦卡拉奇上空时,飞船接触大气层并开始气动加热,随后经过我国新疆入境。在飞行高度达到10公里左右时,飞船打开降落伞,速度进一步降低,并抛掉它下面的防热大底。大约离地面还有一米高时,飞船里的几个小固体火箭发动机进一步反推减速,让航天员以一个舒服的速度着陆。

返回过程复杂,任何环节都不能出错。首先,飞船与大气剧烈摩擦产生极大热量,因此飞船具有气动外形,下面有一个防热大底,承受上千度的高温,防止热量传到航天器内部,这是返回过程中影响飞船安全性的一个关键问题。第二,降落伞必须能够正常工作,这也是神舟飞船设计了主、备两套伞的原因。降落伞在人类航天历史上出过问题,上世纪60年代,苏联“联盟一号”就发生了降落伞缠绕问题,没有打开,返回舱以极快的速度撞击到地面后立刻上升,教训惨痛。此外,还有座椅抬升缓冲、维持舱内气压等一系列操作,共同保证航天员安全着陆。

“太空出差三人组”回家!重返地球前还要做几件事?

问:这次神舟十二号返回与之前的返回任务相比,有什么不一样吗?

杨宇光:我认为主要有两点不同。第一,神舟十二号与空间站核心舱对接了三个月,过去神舟飞船没有飞过这么长时间,这三个月里,空间辐射环境等都对飞船设备产生影响。飞船和核心舱分离前,我们会对这些设备进行充分检测,确保没问题再离开。

第二,这是神舟飞船首次在东风着陆场降落,而过去神舟飞船都是落在四子王旗着陆场。为什么这次换地方了呢?过去,神舟飞船是从一个固定的高度返回,而到了空间站阶段,神舟飞船在轨时间变长,运行轨道受空间站轨道规划影响,所以它的高度变化范围较大,不见得是从一个固定高度返回。

高度变化,意味着飞船返回着陆点范围可能会变化较大,主要体现在东西方向上。东风着陆场位于戈壁地区,它的整个东西方向的宽度更大,且大都属于无人区或者说是一个相对安全的区域,降落更具可控性和便利性。

北斗导航终端精确定位飞船位置,测控站全程监视飞船飞行,光学设备和雷达跟踪预报轨迹

“太空出差三人组”回家!重返地球前还要做几件事?

问:如何确保飞船降落在可控区域内?我们可以准确判断降落点吗?

杨宇光:飞船采用半弹道式方式返回,整体受控,具有理论落点。但是,飞船再入大气层的过程中受到各种扰动,大气层密度、高空风场都会对飞船轨迹产生影响。当飞船降落伞打开后,风的影响还会更大。

但这不代表飞船着陆不可控。返回着陆是一个系统工程,需要多方面配合,地面的着陆场系统、测控系统都要进行很多工作,国内外的多个测控站全程监视飞船飞行,光学设备和雷达跟踪预报轨迹。

问:神舟十二号上有没有定位设备?我们是不是可以随时得知飞船的“实时位置”?

杨宇光:飞船上有北斗的导航终端,在空间轨道运行时可以精确给出它的位置和速度。不过,在飞船再入大气层过程中,有一段导航是不起作用的,我们称之为“黑障区”。刚才提到过,再入过程摩擦剧烈产生高温,高温会使飞船表面的防热材料烧蚀,形成带电的等离子体鞘,它能屏蔽无线电波,地面与飞船之间的无线电通信便中断了。不只是神舟飞船,任何航天器在返回地球时都会出现这种现象。随着飞船速度降低,温度降低,等离子体鞘解除,通信也就恢复了,地面可以实时得知飞船位置和速度。当然,即使在“黑障区”,我们也可以用雷达去密切监视飞船。

落地后,导航终端依然有效,搜救人员可以获知飞船经纬度坐标。在精确预报的前提下,地面搜救团队才能在飞船落地后快速到达落点。飞船上也有无线电信标以及闪光灯来辅助搜救人员找到飞船。

“太空出差三人组”回家!重返地球前还要做几件事?

问:神舟十二号返回地球之后,接下来空间站还有哪些发射任务?

杨宇光:应当说今年和明年,我们的空间站的发射任务是非常非常繁重的。那么,其实在后面的发射任务之前有一项重要的操作,实际上神舟十二号飞船在返回之前就已经做了一个模拟从径向对接口和空间站进行对接的这样一个操作。

目前,我们的空间站有一个前向对接口,有一个后向对接口,还有一个从下方对上去的,一个径向的对接口。那么,从前方和后方对接过去我们已经做了很多次了,非常成熟。但是,从下方这样去对接,过去还没有做过。所以我们在返回之前做了这样一个动作。

那么,在神舟十二号撤离以后,我们的天舟货运飞船做了一件事,我们的天舟二号原始是对接在这个空间站的后向对接口的,它要分离,然后通过绕飞绕到空间站的前向,然后和空间站的前向对接口进行对接。而且对接以后我要用机械臂辅助它,进行转位的这样一个实验,就当它是我们的未来的实验舱把它转到侧向的靠泊口,这是我们要进行的一项关键技术验证的实验。

所以之后,其实我们是要发射我们的天舟三号货运飞船,我们的神舟十三号乘组,6个月的吃的喝的就全在里面了。就是说我们的天舟三号货运飞船马上就是要发射,去和我们的空间站进行对接。

在这之后,就是发射我们的神舟十三号飞船。神舟十三号飞船就要在轨待6个月的时间,就和我们未来正常的乘组轮换,每一波的乘组所待的时间一样长了。也就是如果说神舟十三号任务能够顺利正常的实施的话,意味着我们就完全地掌握了航天员在轨长期驻留所需要的100%的关键技术。

所以,神舟十三号任务将是我们 在空间站的关键技术验证阶段的最后一次载人飞行任务,应当说是非常重要的。

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科学顾问:杨宇光

监  制:战 钊

策  划:宋雅娟

编  导:宋雅娟

肖春芳

主 持 人:武玥彤

摄  像:肖春芳

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【编辑:张雅琴】

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