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今日要聞!從“高鐵”到“馬拉松”!揭秘神舟回家最后一程“剎車”著陸

2022-12-04 21:55:24 來源:瀟湘晨報

中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝


(資料圖片)

通訊員 張亞婧

北京時間12月4日晚,隨著一頂巨型降落傘打開,神舟十四號飛船返回艙緩緩降落于我國東風(fēng)著陸場,護(hù)送三名航天員平安回到地球家園。

在這條回家之路上,回收著陸是載人飛船飛行任務(wù)的最后階段,也決定著飛行任務(wù)最后的成功。而這頂面積達(dá)一千多平方米的降落傘,是飛船回收著陸系統(tǒng)的重要部分,可實現(xiàn)返回艙從高鐵到馬拉松的“急剎車”。

中國航天科技集團(tuán)五院載人飛船系統(tǒng)總體副主任設(shè)計師彭華康介紹,返回地面之前,飛船返回艙要經(jīng)歷分離、制動、再入、減速、著陸緩沖五大階段。該院508所為神舟飛船配套研制了高可靠性和安全性的回收著陸分系統(tǒng),為護(hù)佑航天員安全回家、確保飛船返回艙走穩(wěn)歸航中發(fā)揮了重要作用。

精測高度,開啟回家“大幕”

彭華康介紹,神舟“回家”的第一步是分離與制動階段。

“此次返回仍然采用 ‘快速返回方案’,即神舟十四號在與空間站組合體分離后,再飛行5圈就開始返回地面;之后,位于前段的軌道艙與中段的返回艙分離;返回艙、推進(jìn)艙兩艙組合體再通過制動變軌,使艙體從近400公里的圓形軌道變成近地點(diǎn)低于100公里的橢圓軌道;隨后,推進(jìn)艙和返回艙分離,返回艙以精確計算的再入角度進(jìn)入地球大氣,推進(jìn)艙在穿越大氣層時燒毀?!迸砣A康解釋。

接下來是再入階段。神舟十四號返回艙的外形像一個上窄下寬的大鐘,再入之前,艙上自帶的發(fā)動機(jī)會將返回艙調(diào)整為大底朝前的配平狀態(tài),以升力控制的方式再入。

彭華康告訴記者,再入的過程中,返回艙和大氣層空氣劇烈摩擦,形成包裹住返回艙的等離子區(qū),造成地面與艙體之間信號中斷,這段時間被稱為“黑障區(qū)”,在這個過程中,地面無法通過任何遙控方式對飛船進(jìn)行控制,依靠飛行器全自動處理。

據(jù)他介紹,神舟飛船在軌飛行的時間里,回收著陸分系統(tǒng)只是在返回艙內(nèi)靜靜守候,直到飛船返回艙穿過大氣層后自由下落至距地10公里高度時,由靜壓高度控制器判斷高度,并發(fā)出回收系統(tǒng)啟動信號,回收著陸分系統(tǒng)才開始工作。

逐級開傘,從高鐵到馬拉松的“急剎車”

到了減速階段,在距離地面40公里左右時,飛船已基本脫離“黑障區(qū)”。返回艙上安裝了靜壓高度控制器,通過測量大氣壓力來判斷所處高度,當(dāng)返回艙距離地面10公里左右時,靜壓高度控制器會給出一個信號,引導(dǎo)傘、減速傘和主傘相繼打開。

“三傘的面積從幾平方米增大到幾十平方米再到一千多平方米,通過這樣逐級開傘的方式以減小過載,保護(hù)航天員?!迸砣A康說,設(shè)計師為飛船量身定制了一套三級開傘程序,先打開兩個串聯(lián)的引導(dǎo)傘,再由引導(dǎo)傘拉出一頂減速傘。減速傘工作一段時間后與返回艙分離,同時拉出1200平方米的主傘。這一系列動作,成功將飛船返回艙從高鐵的速度,降到普通人跑馬拉松的速度。

他還提到,為防止減速傘和主傘張開瞬間承受的力太大,減速傘和主傘均采用了收口技術(shù),也就是說,放慢傘繩從收攏到散開的過程,讓1200平方米的大傘分階段張開,保證整個開傘過程的過載處于航天員體感可承受的范圍。航天員也正因為感受到這一連貫動作的晃動,才能確認(rèn)回收系統(tǒng)工作正常。

反推助力,實現(xiàn)返回艙軟著陸

在著陸緩沖階段,防熱大底與側(cè)壁的防熱材料是飛船進(jìn)入大氣層后的“鎧甲”,等主傘完全打開后不久,返回艙就會拋掉這身“鎧甲”,伽馬高度控制裝置開始工作,通過發(fā)射伽馬射線,實時測量距地高度。

彭華康說,當(dāng)返回艙降至距離地面1米高度時,底部的伽馬高度控制裝置發(fā)出點(diǎn)火信號,艙上的4臺反推發(fā)動機(jī)點(diǎn)火,產(chǎn)生一個向上的沖力,使返回艙的落地速度達(dá)到1-2米/秒。同時,安裝緩沖裝置的航天員座椅會在著陸前開始抬升,使沖擊的能量被緩沖吸收,航天員便可安全著陸。

落點(diǎn)標(biāo)位,助力搜救快速定位

返回艙安全著陸后,為保證地面搜救系統(tǒng)及時搜索到返回艙,除布設(shè)一定數(shù)量的雷達(dá),跟蹤測量返回艙軌道并預(yù)報落點(diǎn)位置外,返回艙上還安裝了自主標(biāo)位設(shè)備,告訴搜救人員“我在這里”。

彭華康說,標(biāo)位設(shè)備以發(fā)送目標(biāo)救援組織規(guī)定頻率和格式的無線電設(shè)備為主。為了方便在夜間尋找返回艙,飛船返回艙的“肩部”位置還裝有閃光燈,直升機(jī)據(jù)此能在夜間發(fā)現(xiàn)返回艙。

他告訴記者,一旦返回艙降落在海上時,在波浪翻滾的大海里,直徑3米的返回艙難以被發(fā)現(xiàn),為引導(dǎo)飛機(jī)和救撈船搜索返回艙,返回艙底部裝有海水染色劑。海水染色劑會緩慢釋放,將附近水面染成亮綠色,持續(xù)時間可達(dá)4小時。

故障預(yù)案,充分把握救生機(jī)會

神舟十四號載人飛行任務(wù)是我國組織實施的第9次載人航天飛行。神舟十四號航天員乘組在軌工作生活6個月,在地面支持下圓滿完成了三次出艙活動,一次“天宮課堂”太空授課活動,開展了多項科學(xué)試驗與應(yīng)用項目,見證了中國空間站“T”字構(gòu)型基本建成的“高光時刻”。

“此次返回任務(wù)過程環(huán)環(huán)相扣、天衣無縫,地面技術(shù)團(tuán)隊密切配合、大力協(xié)同,為神舟十四號載人飛行任務(wù)畫上了圓滿的句號?!迸砣A康告訴記者,由于飛船返回艙在返回過程中處于高速運(yùn)動的狀態(tài),一旦中途出現(xiàn)故障,外界無法采取營救措施,也不可能將程序暫停或恢復(fù)到原位重新開始。因此,回收著陸分系統(tǒng)的工作過程只能是由一系列不可逆按時序執(zhí)行的動作組成。

他說,為保證航天員的生命安全,提高回收著陸分系統(tǒng)工作的可靠性和安全性,五院508所為回收著陸分系統(tǒng)設(shè)置了9種故障模式,涉及正常返回、中空救生、低空救生3種基本返回工作程序,采取了備份降落傘裝置、時間控制器、三組高度開關(guān)等多種備份措施,以全面保證返回艙在火箭發(fā)射段、上升段、正常返回和應(yīng)急返回段的安全返回與著陸。

來源:中國青年報客戶端

【來源:中國青年網(wǎng)】

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