穩(wěn)穩(wěn)落地，航天員歸來(lái)的“高科技大招”

2021年9月17日，神舟十二號(hào)載人飛船搭載3名航天員從中國(guó)空間站榮耀歸來(lái)，穩(wěn)穩(wěn)降落在甘肅酒泉東風(fēng)著陸場(chǎng)，圓滿(mǎn)完成了載人飛行天地往返任務(wù)。

那么，本次太空載人返回都有哪些“高科技大招”呢？記者邀請(qǐng)航天科技集團(tuán)五院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“航天五院”)的專(zhuān)家來(lái)為大家盤(pán)點(diǎn)。

返回前有個(gè)“熱身”動(dòng)作

當(dāng)3名航天員關(guān)好核心艙艙門(mén)，進(jìn)入神舟十二號(hào)載人飛船后，飛船就開(kāi)始與空間站天和核心艙分離，并在返回前開(kāi)始“熱身”動(dòng)作：從前向?qū)涌诜蛛x后，飛船沿著設(shè)計(jì)好的弧線繞飛至后向?qū)涌冢宰鐾Ａ粼俅卫@飛至徑向?qū)涌冢瑸楹罄m(xù)神舟十三號(hào)載人飛船與天和核心艙的徑向交會(huì)對(duì)接進(jìn)行全面技術(shù)驗(yàn)證。據(jù)神舟十二號(hào)載人飛船系統(tǒng)總體主管設(shè)計(jì)師彭華康介紹，此次“熱身”是飛船自動(dòng)測(cè)量與空間站的相對(duì)位置、姿態(tài)和角度，自主判斷并飛行。

返回軌道“絲毫不差”

神舟十二號(hào)載人飛船總體飛控負(fù)責(zé)人楊海峰表示，返回艙必須以固定的再入角進(jìn)入大氣，“如果再入角太大，就會(huì)導(dǎo)致返回艙外部溫度過(guò)高；再入角太小，又會(huì)直接飛出大氣層”。為此，飛船軌道設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在返回軌道設(shè)計(jì)方案中加入了預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)方法，幫助返回艙在再入過(guò)程中根據(jù)實(shí)時(shí)位置、氣動(dòng)參數(shù)、瞄準(zhǔn)點(diǎn)偏差等自主計(jì)算并維持再入軌跡，以適應(yīng)落點(diǎn)的變化以及軌道變化范圍大的特點(diǎn)，保證返回軌道“絲毫不差”。

選擇一個(gè)舒適的姿勢(shì)回家

返回艙是上窄下寬的鐘形設(shè)計(jì)，在推進(jìn)艙和返回艙分離以后，返回艙會(huì)利用自身裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整姿態(tài)，變成大底朝前的飛行狀態(tài)。“這樣一來(lái)，返回艙在穿越大氣層時(shí)就會(huì)產(chǎn)生升力，能夠?qū)︼w行軌跡進(jìn)行一定的控制，從而保證落點(diǎn)準(zhǔn)確度更高，對(duì)航天員的過(guò)載沖擊更小。”據(jù)楊海峰介紹，不僅返回艙要采用舒適的返回姿勢(shì)，航天員也要以幾乎與大底平行的角度“平躺”在座椅中——“選擇這樣的姿勢(shì)返回是為了更好緩解飛船減速過(guò)程中形成的沖擊，從而給自身帶來(lái)更多保護(hù)”。

“防熱外套”讓航天員安全無(wú)憂(yōu)

返回艙從400公里左右的太空軌道進(jìn)入大氣層后，會(huì)以每秒數(shù)千米的速度與大氣層發(fā)生摩擦，形成上千度的高溫，就像一個(gè)熊熊燃燒的火球沖向地面。為了保證返回艙內(nèi)部始終保持合適的溫度，航天五院結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)研制團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān)，為載人飛船返回艙研制出特殊的防熱材料。神舟十二號(hào)載人飛船機(jī)械總體主任設(shè)計(jì)師劉曉震將其形象地稱(chēng)為“防熱外套”，即通過(guò)表面耐燒蝕材料在熔化、蒸發(fā)和分解時(shí)帶走大量熱能，阻隔高溫傳導(dǎo)進(jìn)入艙內(nèi)，保證艙內(nèi)空氣溫度維持在20攝氏度左右。“雖然只有薄薄的一層，卻是保護(hù)航天員生命安全的‘防火墻’。”劉曉震強(qiáng)調(diào)。

安全著陸要打一套“組合拳”

艙體距離地面10公里左右時(shí)，飛船的速度已經(jīng)降到每秒330米以下，這時(shí)返回艙上的靜壓高度控制器通過(guò)測(cè)量大氣壓力自動(dòng)判定所處高度并開(kāi)傘減速，將返回艙速度逐步降到每秒7米左右。可是，如果以這樣的速度直接撞擊地面，還是無(wú)法保障航天員的絕對(duì)安全，怎么辦？航天五院載人飛船研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套“組合拳”，讓返回艙在距離地面1米時(shí)懸空急停，利用返回艙反推發(fā)動(dòng)機(jī)的反向力量進(jìn)一步減緩降落速度，同時(shí)通過(guò)返回艙底部的由吸能外殼、減震材料和座椅緩沖機(jī)構(gòu)組成的減震系統(tǒng)進(jìn)一步吸收能量，從而保證航天員絕對(duì)安全著陸。

(本報(bào)北京9月17日電 本報(bào)記者 張蕾 本報(bào)通訊員 張宇)