調(diào)姿 下降 放傘 著陸 “四步走”解析神舟十二返回過(guò)程！

出品：科普中國(guó)

制作：川陀太空

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

2021年9月17日，神舟十二載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)順利著陸，在完成3個(gè)月的在軌駐留任務(wù)之后，太空出差三人組順利到家。

返回艙返回地球的過(guò)程充滿變數(shù)和危險(xiǎn)，特別是在穿越大氣層之前。這時(shí)的返回艙需要完成多項(xiàng)指令操作，并且以合適的角度切入大氣層，才能安全返回。

神舟十二號(hào)的隔熱大頂是最耐高溫的部分 （圖片來(lái)源：央視網(wǎng)）

而穿過(guò)大氣層時(shí)，艙體隔熱大頂?shù)臏囟瓤蛇_(dá)到2200K至2600K，這段時(shí)間還會(huì)干擾通信?！疤粘霾钊私M”真是歷經(jīng)艱難險(xiǎn)阻，才回到了家。

經(jīng)過(guò)前期的實(shí)際驗(yàn)證，神舟系列飛船的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。神舟十二號(hào)的成功著陸是對(duì)神舟飛船返回技術(shù)的再次驗(yàn)證，同時(shí)也展現(xiàn)著東風(fēng)著陸場(chǎng)保障狀態(tài)的可靠與完備。

“四步走”——神舟十二號(hào)的返回過(guò)程！

神舟十二號(hào)組合體展示 （圖片來(lái)源：國(guó)家航天局）

在正式“歸家”前，神舟十二號(hào)的返回過(guò)程已經(jīng)經(jīng)過(guò)了十多次的實(shí)戰(zhàn)演練，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。

完整的返回過(guò)程可以總結(jié)為“四步走”。

第一個(gè)階段是神舟十二號(hào)脫離空間站，調(diào)整姿態(tài)。

首先，神舟十二號(hào)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，原來(lái)在前邊的軌道艙調(diào)整到左側(cè)，推進(jìn)艙變?yōu)橛覀?cè)，變成橫向飛行。此步驟的目的是與軌道艙分離，神舟十二號(hào)由三艙組合體變成了兩艙組合體。

而后，再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，變成推進(jìn)艙在前，返回艙在后的姿態(tài)，與脫離空間站時(shí)的朝向剛好相反。此步驟是神舟十二號(hào)第二次調(diào)姿，以便讓推進(jìn)艙朝前，并在調(diào)整俯仰角之后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)降低速度。

隨后，神舟十二號(hào)進(jìn)入返回第二階段，返回艙和推進(jìn)艙的雙艙組合進(jìn)行無(wú)動(dòng)力自由下降。

雙艙從393公里高度開(kāi)始下降，而到140公里高度時(shí)，推進(jìn)艙會(huì)和返回艙分離，此時(shí)的返回艙又要選擇好正確的再入姿態(tài)角，以便剛好切入地球大氣層。

再入姿態(tài)角可很有講究，如果角度太大，那么飛船速度就不容易控制，如果角度太小，會(huì)被稠密的大氣層給彈回，就像打水漂那樣。

第三個(gè)階段是再入大氣層。

此時(shí)返回艙高度在100公里左右，以約7公里每秒的速度進(jìn)入地球大氣層，這時(shí)候返回艙與大氣層劇烈摩擦，在地面上看就像是流星一般。

經(jīng)歷高溫，燒蝕涂料燒掉之后留下的黑色痕跡 （圖片來(lái)源：央視截圖）

返回艙前端的隔熱大頂溫度為2200K至2600K，這個(gè)溫度都與航空發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒室的溫度相當(dāng)。

返回艙通過(guò)燒蝕材料來(lái)對(duì)抗高溫，需要控制好姿態(tài)保持受熱符合防熱設(shè)計(jì)，此時(shí)，返回艙也會(huì)被等離子體層包裹，形成黑障。當(dāng)高度下降到40公里時(shí)，黑障才會(huì)消失，在此之前，地面與返回艙的通信是中斷的。

第四個(gè)階段就是傘降減速和著陸。

在距離地面大約10公里的高度，返回艙打開(kāi)引導(dǎo)傘，引導(dǎo)傘張滿之后繼續(xù)拉出減速傘。

返回艙還在降落時(shí)，保障直升機(jī)就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其位置 （圖片來(lái)源：央視截圖）

高度在8公里時(shí)，減速傘與返回艙分離，之后釋放主傘。接著就是緩慢降落的過(guò)程，在距離地面5公里的高度時(shí)，返回艙拋棄隔熱大底，這樣可以露出反推發(fā)動(dòng)機(jī)，并在接觸地面前，離地1米高度時(shí)啟動(dòng)4臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行最后一次減速。

最終，飛船以2米每秒的速度接地。接地后，如果風(fēng)太大導(dǎo)致主傘拖著返回艙跑，航天員可以手動(dòng)切斷主傘。

神舟十二號(hào)返回艙降落地面 （圖片來(lái)源：央視截圖）

動(dòng)態(tài)返回加測(cè)控保障 兩大技術(shù)應(yīng)用是亮點(diǎn)

為了充分保證航天員的安全，整個(gè)返回過(guò)程已經(jīng)進(jìn)行了十多次實(shí)踐檢驗(yàn)。不僅如此，這次神舟十二號(hào)返回時(shí)還應(yīng)用了兩大亮點(diǎn)黑科技。

第一個(gè)亮點(diǎn)技術(shù)是，用動(dòng)態(tài)適應(yīng)的返回技術(shù)取代以往定時(shí)定點(diǎn)的返回方式。

此舉的優(yōu)勢(shì)在于可以根據(jù)飛船的實(shí)時(shí)彈道情況進(jìn)行著陸點(diǎn)預(yù)測(cè)，這樣就可以精確控制返回彈道，準(zhǔn)確把握著陸點(diǎn)位置，該技術(shù)處于同行領(lǐng)先地位。

根據(jù)返回艙返回的視頻畫面，我們可以看出，在返回艙還沒(méi)有接地的時(shí)候，地面保障團(tuán)隊(duì)的直升機(jī)就已經(jīng)抵達(dá)附近,這說(shuō)明我們對(duì)返回艙彈道和著陸點(diǎn)判斷是非常精確的。

同時(shí)，動(dòng)態(tài)適應(yīng)的返回技術(shù)也縮短了返回時(shí)間，使返回艙不再需要“卡著時(shí)間點(diǎn)”返回，而是只要滿足了條件就能返回，這會(huì)縮短航天員返回地面的等待時(shí)間，對(duì)接下來(lái)空間站常態(tài)化運(yùn)營(yíng)有非常大的幫助。

第二個(gè)技術(shù)亮點(diǎn)是以天基為主的測(cè)控保障，該技術(shù)利用了3顆天鏈中繼星進(jìn)行天基測(cè)控。

從神舟十二號(hào)脫離軌道，到推進(jìn)艙分離，從393公里高度到140公里，都由天鏈衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)控支持。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于降低了返回過(guò)程對(duì)于地面觀測(cè)站的依賴。

作為新的測(cè)控方式，天基測(cè)控也是行業(yè)領(lǐng)先，這相當(dāng)于整個(gè)返回過(guò)程都處于天鏈衛(wèi)星的監(jiān)控之下。相去天淵的“監(jiān)測(cè)”，也展示出航天科技的技術(shù)底蘊(yùn)。

空間站的常態(tài)化運(yùn)營(yíng)

神舟十二號(hào)已經(jīng)成功返回，不久之后天舟三號(hào)和神舟十三號(hào)將接力“直沖云霄”了，而未來(lái)，也會(huì)有更多的航天任務(wù)。

這里有一個(gè)原則，神舟飛船采用的是滾動(dòng)備份的發(fā)射模式。

當(dāng)神舟十三號(hào)準(zhǔn)備發(fā)射的時(shí)候，神舟十四號(hào)也已經(jīng)完成發(fā)射前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；

當(dāng)神舟十三號(hào)確定了安全對(duì)接空間站后，神舟十四號(hào)才會(huì)轉(zhuǎn)入備份模式，真真是“有備無(wú)患”了。

滾動(dòng)備份的模式是為了充分確保航天員的生命安全而設(shè)置的，這也將是天宮號(hào)空間站常態(tài)化運(yùn)營(yíng)的輪轉(zhuǎn)方式。下一步，神舟十三號(hào)的航天員將在軌停留6個(gè)月，而長(zhǎng)達(dá)半年的太空之旅也會(huì)是今后空間站運(yùn)營(yíng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

從神舟五號(hào)，到神舟十三號(hào)；飛行時(shí)間從21小時(shí)28分，到6個(gè)月……航天員能在太空中停留的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，去往太空也會(huì)變得越來(lái)越容易。

我們相信，中國(guó)航天將會(huì)不斷突破，探索宇宙的腳步會(huì)走得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)。