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揭秘神舟十三号快速返回:“速度”控制恰到好处

 

中青报·中青网记者 邱晨辉 来源:中国青年报

  阔别地球半年之久,3名航天员终于回家了。4月16日,神舟十三号飞行乘组安全返回地面,这是神舟载人飞船首次采用快速返回方案。

  “与神舟十二号返回过程相比,神舟十三号采用5圈快速返回方案,缩短了航天员在神舟飞船返回舱内的等待时间,让航天员返回时长从之前的约一天时间缩短到8小时左右。”中国航天科技集团五院载人飞船系统项目技术副经理邵立民说。

  神舟十三号载人飞船是航天员实现天地往返的生命之舟,由中国航天科技集团五院抓总研制。这是中国空间站关键技术验证阶段发射的第二艘载人飞船,也是我国迄今驻留太空时间最久的神舟飞船。

  “神舟十三号载人飞船返回地面可以说是过程复杂、惊心动魄,要经过轨返分离、推返分离、再入、过黑障区、开降落伞等关键飞行事件及环节,还要经过严酷的空间环境和轨道条件考验。”邵立民说。

  他告诉记者,在科技人员的精心设计下,神舟十三号载人飞船把握住了“三个度”即速度、温度和精度,确保稳稳落地、安全“回家”。

  第一度是“速度”控制恰到好处。

  神舟飞船在轨道上运行的速度接近第一宇宙速度,在如此快的速度下,要确保航天员的安全,就必须对返回地面后的最终着陆速度进行控制。

  邵立民说,为实现这一目标,科技人员在飞船研制阶段开展大量试验验证和数据判读,保证飞船在着陆过程中逐步降低速度。

  具体来看,返回前,由推进舱轨控发动机实施制动,降低轨道能量和轨道高度,确保飞船再入大气层;返回舱具有特定气动外形,进入大气层后,依靠空气动力产生的阻力和升力减速;返回舱运动至地面附近时打开降落伞,进一步降低速度;快着陆的瞬间开启返回舱底部的着陆反推发动机,最终将落地速度降低到一定范围内。

  第二度是“温度”控制火候适中。

  邵立民说,返回舱进入大气层后,将与空气发生剧烈摩擦,舱体表面局部温度可达上千摄氏度。为了确保舱内温度依然舒适,飞船控温的主要手段就是依靠防热结构对舱内进行保护。

  他告诉记者,科技人员在舱体表面设计了防热涂层,敷设有一层烧蚀材料。当达到一定温度时,烧蚀材料升华脱落,带走大量热量。此外,返回前会实施“热控预冷”,提前将返回舱温度降低少许,使飞船再入大气层前舱内温度有一个较低基准。

  第三度是“精度”控制稳操胜券。

  “神舟飞船返回犹如万里中十环,对于着陆精度的要求极高,要使返回舱着陆在指定区域,就必须对飞船着陆点的精度进行控制。”邵立民说,科技人员为神舟十三号飞船配备了一套“着陆轻功”。

  首先是返回轨道维持,调整飞船的轨道平面,使飞船星下点轨迹经过返回瞄准点;随后返回制动,通过制动的速度增量和发动机开机时刻,确保再入角和返回航程,为精准着陆提供保障;最后是返回舱升力控制,进入大气层后,返回舱通过一系列姿态机动,巧妙利用空气动力产生的升力,进行航向和横向运动的控制,精准调整预定的着落点,最终平安返回。



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