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星期六, 9月 18, 2021
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神舟十二号成功返回 护送航天员回家硬核科技引关注

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北京时间9月17日13时34分,中国神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波安全顺利出舱,身体状态良好,空间站

北京时间9月17日13时34分,中国神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波安全顺利出舱,身体状态良好,空间站阶段首次载人飞行任务取得圆满成功。

从撤离空间站组合体到平安着陆,重返地球之旅环节多、风险高,但神舟一路有诸多“黑科技”为三位航天员保驾护航,也为后续空间站阶段载人飞行任务做好铺垫。

“热身”动作属首次,“姿势”有讲究 ,“外套”很靠谱。

3名航天员关好空间站核心舱舱门,进入神舟十二号载人飞船后,飞船就开始与核心舱“说再见”了。不过回家前,神舟十二号还做了“热身”动作:完成绕飞和径向交会试验。从前向对接口分离后,神舟十二号飞船沿着设计好的弧线绕飞至后向对接口,稍作停留再次绕飞至径向对接口,一气呵成。

径向交会对接技术难度很大,在太空验证尚属首次,目的是为后续神舟十三号载人飞船与天和核心舱的径向交会对接进行全面的技术验证。“这次‘热身’是飞船通过自动测量与空间站的相对位置、相对姿态和角度,进行自主判断和飞行。”中国航天科技集团五院神舟十二号载人飞船系统总体主管设计师彭华康说。

回家“姿势”也有讲究。返回舱是上窄下宽的钟形设计,推进舱和返回舱分离后,返回舱利用自身装配的发动机调整姿态,变成大底朝前的飞行状态。这样一来,返回舱在穿越大气层时产生升力,能对飞行轨迹进行一定的控制,从而保证落点准确度较高,对航天员的过载冲击也较小。与此同时,航天员也以几乎与大底平行的角度在座椅中“平躺”,缓解飞船减速造成的冲击。

返回舱从高度约400公里的太空轨道进入大气层后,会以数千米每秒的速度与大气层发生摩擦,形成上千摄氏度的高温,如同一个熊熊燃烧的火球冲向地面。为了保证返回舱内部始终保持合适温度,中国航天科技集团五院结构与机构研制团队持续攻关,研制出了特殊的防热“外套”。

“虽然只有薄薄一层,但却是保护航天员生命的‘防火墙’。”神舟十二号载人飞船机械总体主任设计师刘晓震说,返回舱表面的耐烧蚀材料在熔化、蒸发和分解时带走大量热能,阻隔高温进入舱内,保证舱内空气温度维持在20摄氏度左右。

除了耐热,还要减振。返回舱距地面10公里左右时,飞船的速度已降到330米每秒以下,此时返回舱上的静压高度控制器通过测量大气压力自动判定所处高度并开伞减速,将返回舱速度逐步降到7米每秒左右。但是,以这样的速度直接撞击地面还是很危险。

对此,载人飞船研制队伍设计了一套“组合拳”,让返回舱在距离地面1米时悬空急停,返回舱反推发动机反向发力减速,同时通过返回舱底部吸能外壳、减振材料和座椅缓冲机构组成的减振系统来吸收能量,保证航天员安全着陆。

降落伞:逐级开伞,实现从高铁速度到跑步速度的“急刹车”

神舟十二号载人飞船返回舱伞舱盖打开,先后拉出引导伞、减速伞、主伞。一瞬间,红白相间的“大花伞”在蓝天绽放,耀眼夺目。

神舟飞船降落伞装置主要用于降低返回舱速度。飞船主降落伞面积约1,200平方米,全部展开后可以覆盖3个篮球场;主伞拉直长度超过70米,足够横跨足球场。

这么大的降落伞可不能一下子打开,否则会被空气崩破。中国航天科技集团五院的设计师们量身定制了一套三级开伞程序,先打开两个串联的引导伞,再由引导伞拉出一顶减速伞。减速伞工作一段时间后与返回舱分离,同时拉出1,200平方米的主伞。这一系列动作,成功将飞船返回舱从高铁的速度降到普通人跑步的速度。

为防止张伞瞬间承受的力过大,减速伞和主伞都采用了收口技术,即放慢伞绳从收拢到散开的过程,让1,200平方米的大伞分阶段张开,保证整个开伞过程的过载处于航天员体感可承受的范围。

别看飞船主伞是个庞然大物,体态却十分轻盈,重量不到100公斤,收拢后装进伞包内的体积还不到200升,可以塞进普通的家用冰箱。不过,软软的降落伞也讲究收纳,这涉及到一项看似简单、实际技术含量很高的工作——包伞。

包伞,就是将降落伞的伞衣、伞绳和连接吊带等部件装进伞包内,使之保持一定的几何形状并能保证按预定程序开包工作。包伞流程有几十道工序,最关键的有三步——梳理伞绳,装填伞衣和封包。

以梳理伞绳为例,为了保证96根伞绳互不缠绕,研制人员想出来很多“绝招”。首先,伞绳采用特殊材料制成,表面光滑,本身就不容易打结;其次,操作人员用一种叫梳绳夹的工具,将伞绳按照编号顺序依次排列进梳绳夹内,就像在做超长的“拉面”。梳理之后的伞绳整齐有序地排列在伞包内,拉出时不打结、不缠绕。

测控技术:返回方式从“定时定点”变为“动态适应”,3颗天链中继卫星在线服务

为了给航天员铺开一条更顺畅、安全的回家路,北京航天飞行控制中心首次采用多项新型测控手段,飞船的返回方式、测控网络等都有新突破。

返回方式从“定时定点”变为“动态适应”。之前,神舟飞船采用“标称弹道”方式返回,这种方式讲究严格把握时机,必须提前定好返回时间,发射前确定瞄准点。这无法满足空间站时代航天员频繁往返和应急返回的需求。

为此,神舟十二号返回任务首次采用“动态适应”的返回方式,返回前确定瞄准点,地面发起标准化返回流程后,根据实时弹道预测进行动态调整,从而实现精准返回控制。

“以后航天员在轨时间长,采用‘动态适应’的返回方式后,只要它的星下点轨迹能够满足回到着陆场的条件,随时都可以回来。不像以前定的瞄准点,只能定时定点返回。”北京航天飞行控制中心神舟十二号任务副总师胡国林说。

“天链”遥指回家路,天地互通一“链”牵。目前在轨运行的4颗天链中继卫星,有3颗正服务于中国空间站任务。此次神舟十二号返回,天链一号03星、04星,天链二号01星组成了一套较为完整的天基测控网络。

“从一次调姿、轨返分离、二次调姿、返回制动一直到推进舱与返回舱分离,整个返回过程都是以天基测控网络为主,进行测控支持。”胡国林说。据悉,在保障神舟十二号载人飞船返回的同时,天链中继卫星还在持续为天和核心舱与天舟二号组合体提供天基测控服务。

转载自 多维新闻

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