神舟13号即将返回地面,首次采用新技术

作者: 庞之浩

来源: 赛先生

发布日期: 2022-04-15 18:00:15

神舟13号飞船即将返回地面,首次采用快速返回技术,优化流程,压缩飞行程序,只需绕地球5圈就能进入返回轨道。返回过程分为制动减速、自由滑行、再入大气层和回收着陆四个阶段,确保航天员安全返回。

据悉,在中国空间站生活和工作半年之久的神舟13号乘组,将于近日择机返回地面。飞船返回地面不是一件容易的事,它要由载人飞船系统、航天员系统、测控通信系统和着陆场系统等多个系统共同完成,技术较为复杂。此次神舟13号飞船返回地面将首次采用新技术——快速返回方案。

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,安全降落到地面的过程。神舟13号飞船的返回可分为以下四个阶段。第一阶段是制动减速阶段。要使飞船返回地面,必须降低飞船的飞行速度,改变飞行方向,使其脱离原来的飞行轨道,进入下降飞行的轨道。

第二阶段是自由滑行阶段。进入返回轨道后,返回舱与推进舱组合体以无动力飞行状态自由下降。当返回舱与推进舱组合体高度降至距离地面145千米时,推进舱和返回舱分离,推进舱在大气层中烧毁,返回舱继续下降,并消除由于两舱分离时产生的返回舱姿态分离干扰,建立正确的再入姿态角。

第三阶段是再入大气层阶段。神舟13号飞船的返回舱在距离地面100千米时开始再入大气层。在距离地面80千米时,返回舱进入“黑障”区,使返回舱暂时与地面失去联系,直到在距离地球约40千米处时出“黑障”区,返回舱与地面的联系又恢复了。

第四阶段是回收着陆阶段。在距地面约10千米时回收着陆系统开始工作。返回舱先打开伞舱盖,然后依次拉开引导伞、减速伞和主降落伞。其中减速伞把返回舱的速度从200米/秒减至60~70米/秒;在返回舱距离地球8千米时,打开主降落伞,把返回舱的速度由60~70米/秒减至5~6米/秒。

最值得关注的是,此前的“神舟”载人飞船在与空间站或空间实验室分离后,需要绕地球11圈才进入返回轨道,而神舟13号飞船将首次采用快速返回技术,即飞船与空间站分离之后,通过优化流程,压缩飞行程序,只需绕地球5圈就能进入返回轨道。

另外,为了能快速而准确的找到返回舱,保证整个任务的成功和航天员的生命安全,航天五院510所新研制了国际救援示位标,它集定位信息获取、数据处理、编码调制发射于一体,具有高定位准确性,可实现紧急状态下救援的可靠性和实效性。返回舱落地后,国际救援示位标会发射无线电信标信号,犹如大海中明亮的灯塔指引着方向。

在返回舱着陆过程中,着陆场系统发挥着重要作用。该系统负责飞船返回舱的返回测量、搜索寻找和航天员的营救。首先简介一下如何选择着陆场。它涉及到许多技术和社会问题,因为选择着陆场不仅要考虑发射场的位置、运行轨道倾角和高度、返回制动点位置、返回舱返回轨道和航天员的安全等,还与我国经度纬度覆盖范围、大陆的地形地貌地质、平原与山川的分布、海洋与国界的分布、气象、交通、陆上着陆海上溅落的搜救能力等极为相关。

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中部四子王旗地区作为主着陆场。考虑到气象相关性小、地势平坦开阔、返回机会多、测控设备可充分利用等因素,我国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,也叫东风着陆场。

在返回舱着陆过程之中和着陆之后,地面搜救工作举足轻重。目前,我国一般采用“空中搜救航天员,地面处置返回舱”的模式,这样可以实现“快速定位、快速到达、安全出舱”。因此,着陆场搜救通常包括空中搜索和地面搜索救援回收两个部分。

在返回舱着陆后,航天员可用多种手段迅速获取其位置信息:用搜救卫星系统接收返回舱信标发出的信号;航天员读取仪表板上的位置数据,通过卫星电话告知北京航天飞行控制中心;北京航天飞行控制中心通过测控网信息给出的返回舱落点,预报主着陆场直升机和固定翼飞机能用定向仪接收到的返回舱信标信号。

在返回舱着陆后,航天员可用多种手段迅速获取其位置信息:用搜救卫星系统接收返回舱信标发出的信号;航天员读取仪表板上的位置数据,通过卫星电话告知北京航天飞行控制中心;北京航天飞行控制中心通过测控网信息给出的返回舱落点,预报主着陆场直升机和固定翼飞机能用定向仪接收到的返回舱信标信号。

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