神舟十二號飛船成功返回,過程一切順利!但有些階段其實驚心動魄

科技     2021年09月24日

上天三個月的神舟十二號載人飛船終於返回了。據來自《央視新聞》直播節目的信息,北京時間9月17日下午1:35,神舟十二號載人飛船返回艙已經安全降落到東風著陸場,返回過程一切順利,聶海勝,劉伯明,湯洪波三名航天員身體健康,精神良好。

神舟十二號飛船成功返回,過程一切順利!但有些階段其實驚心動魄
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神舟十二號飛船成功返回,過程一切順利!但有些階段其實驚心動魄

神舟十二號載人飛船是於今年的6月17日攜帶三名航天員升空並進入天和號空間站核心艙工作的,航天員在空間站組合體中駐留了90天,刷新了我國航天員太空駐留時間的紀錄。在這期間,太空人們完成了空間站必要部件搭建和部分科研實驗任務,其中包括空間站進駐、貨船及核心艙物資收納管理、科研設備在軌開機調試和設置,太空人身體生理指標監測等,執行的兩次出艙活動中安裝了全景相機、機械臂腳蹬支架、空間站艙體外部擴展泵組等,任務完成得十分圓滿。

神舟十二號飛船成功返回,過程一切順利!但有些階段其實驚心動魄

按原定計劃,神舟十二號載人飛船和三名航天員於9月17日返回,所以在北京時間9月16日8:56,神舟十二號飛船與空間站天和核心艙執行了分離操作,之後又完成了更換對接口的繞飛及徑向交會試驗,於13:38完成,成功驗證了徑向交會技術,為後續神舟十三號和天舟三號等的飛行任務奠定了重要技術基礎,之後才真正踏上了回家的路。

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神舟十二號載人飛船所在的天和號空間站核心艙的位置,在地球表面以上400公里的高處,要從那裡返回地球可是個技術活,它返回過程是如何的呢?我們先來看一下。

在神舟十二號飛船和空間站分離之後,一般需要經過15圈左右的飛行來調整降落高度和降落,距離長達近70萬公里,這一過程被叫做制動離軌階段,高度會由400公里下降到100多公里,飛船會通過調姿、制動、減速等操作從原飛行軌道進入返回軌道,飛行姿態會由水平方向逆時針轉動90°,由軌道艙在前、推進艙在後的狀態變為橫向飛行狀態,之後軌道艙與返回艙分離,推進艙和返回艙組合體又變成推進艙在前、返回艙在後的飛行狀態,這時就進入了飛船返回時的減速變軌階段,飛行速度從每秒7.9公里左右開始下降。

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這一階段這是飛船的剎車階段,會啟動推進艙的變軌發動機點火工作,產生與飛船飛行方向相反的作用力,飛船速度降低,軌道也同時降低,進入返回軌道。

在這一軌道上會經過一段時間的慣性滑行階段。這個階段中飛船會自由下降段,有個重要操作是推進艙和返回艙分離,其高度大約是地面以上145公里,之後推進艙會再入大氣層銷毀,返回艙則調整姿態,即建立飛船再入大氣層的攻角姿態,底面以一定的角度正面迎向大氣層,而且返回艙不能因與大氣的撞擊而翻滾,不然返回艙會全方位於大氣層摩擦生熱,危及到內部的航天員人身安全,所以這需要十分精確的控制技巧,尋找到非常恰當的再入角度並能保持才可以。

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之後飛船會進入再入大氣層的階段,高度一般為80~100公里,這個階段也被認為是最危險的階段,飛船要承受氣動加熱,航天員要承受再入過載,而且處於地面雷達監測時的「黑障」階段,因為返回艙與空氣劇烈摩擦的時候底部會產生數千℃的高溫,與之摩擦的氣體也會瞬間變成高溫等離子氣體層,其對電磁波有屏蔽效應,所以返回艙無法接收到地面指令,而地面也接收不到返回艙發送的無線電信號,所以這一階段只能依賴飛船的自主飛行,整個過程可謂驚心動魄,只有在到達距地面35公里高處的時候,地面雷達才能重新監測到飛船的行蹤。

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這一段的飛行速度會漸漸變慢到每秒200米左右,之後飛船返回艙將進入到著陸階段,大約在10公里高度時,返回艙上的靜壓高度表啟動回收著陸程序,主傘艙蓋彈射掉後拉出引導傘和減速傘,速度變慢到每秒80米左右時拉出主降落傘,同時拉出短波通信機建立與地面的聯繫,返回艙速度繼續變慢,接著會拋掉防熱大底,返回艙上的推進劑燃料等會被拋灑吹除,但反推發動機中會保留,之後即將進入接觸地面的階段。

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神舟飛船返回艙打開減速傘

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神舟十二號飛船返回艙打開主降落傘

神舟十二號返回艙拋灑推進劑

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這個時候的速度只有每秒8米,但仍然是人體難以承受的下落速度,所以在返回艙下降至高度約1米時,著陸反推發動機啟動,返回艙減速到每秒2米左右的速度著陸,航天員承受的慣性力大約相當於從1~2米處跳下時的衝擊力,而且飛船內部還有緩衝座椅,航天員落地時的力量還會通過它得以緩衝,所以是很安全的。

神舟十二號返回艙反推發動機啟動時濺起的煙塵

返回艙著陸後,上面的閃光燈、著陸搜尋信標機和國際救援示位標都將啟動,向外傳遞位置信息,並根據著陸點的狀況及風速決定是否脫掉主傘,因為如果風太大的話,有可能會將主傘吹起,帶動返回艙到處跑,這時候就要讓主傘脫落,這需要航天員手控操作脫傘指令,如果沒風就不用脫傘,靜待回收人員到來就可以了!

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此次神舟十二號降落的地點是東風著陸場,降落地點十分精準降落,附近環境和搜救條件良好,無風或微風,主降落傘並未分離,返回艙落地之後幾乎同時就有搜救直升機到達現場,搜救人員5分鐘內已到達現場,任務完成十分完美。

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這也是該著陸場首次執行載人航天著陸任務,這裡曾經是四子王旗著陸場的備用著陸場,但今後這裡很可能會成為我國載人航天的主著陸場,因為距離酒泉衛星發射中心和東風航天城都比較近,人力物力齊備,能夠更方便快捷地執行任務。

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參考資料:

《央視新聞》9月17日直播節目《返回地球!神舟十二號乘組返回東風著陸場》