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细数“神十二”返回“神操作”:返前“热身”、“防热外套”、防振“组合拳”

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9月17日,神舟十二号载人飞船搭载聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员返回地球,平稳降落在东风着陆场。作为神舟载人飞船执行的第七次载人飞行,此次太空载人返回的一些关键“神操作”,助力本次飞行取得成功。

返前“热身” 首次验证径向交会

当3名航天员关好核心舱舱门,进入神舟十二号载人飞船后,飞船开始与空间站天和核心舱分离,并在返回前开始“热身”动作。

从前向对接口分离后,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,成功验证了径向交会技术,为后续载人飞行任务奠定了重要技术基础。

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介绍,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。

归家“轨道”设计“步步精心”

以往载人飞船返回都是降落在内蒙古四子王旗的草原上,而此次神舟十二号载人飞船选择了位于巴丹吉林沙漠的东风着陆场。

据神舟十二号载人飞船总体飞控负责人杨海峰介绍,返回舱必须以固定的再入角进入大气,如果再入角太大就会导致返回舱外部温度过高,再入角太小又会直接飞出大气层。可以说,这条回家之路必须“步步精心”。

因此,飞船轨道设计团队精心设计了返回轨道方案,加入了预测校正制导方法来帮助返回舱在再入过程中根据实时位置、气动参数、瞄准点偏差等来自主计算并维持再入轨迹,以适应落点的变化以及轨道变化范围大的特点,保证返回的“轨道”丝毫不差。

返回“姿势”安全舒适

返回舱是上窄下宽的钟形设计,在推进舱和返回舱分离以后,返回舱会利用自身装配的发动机进行姿态调整,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一定的升力,因而能够对飞行轨迹进行一定控制,从而保证落点准确度较高,对航天员的过载冲击也比较小。

不仅返回舱要采用舒适的返回姿势,航天员也要以几乎与大底平行的角度在座椅中“平躺”,选择这样的姿势返回,是为了更好缓解飞船减速过程中形成的冲击,从而给自己带来更多保护。

“防热外套”筑起生命保护“防火墙”

返回舱从太空轨道进入大气层后,会以每秒数千米的速度与大气层发生摩擦,形成上千摄氏度的高温,像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的温度,中国航天科技集团五院结构与机构研制团队经过持续攻关,为载人飞船返回舱研制出了特殊的防热材料。

神舟十二号载人飞船机械总体主任设计师刘晓震将之生动地称为“防热外套”,通过表面耐烧蚀材料在溶化、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,虽然只有薄薄一层,但却是保护航天员生命名副其实的“防火墙”。

防振“组合拳”保着陆

返回舱的着陆过程对保障航天员的生命安全是个不小的挑战,舱体距地面10公里左右时,飞船的速度已经降到每秒330米以下,这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每秒7米左右。

然而,如果以这样的速度直接撞击地面,还是无法保障航天员的绝对安全。为此,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一米时进行悬空急停,通过返回舱反推发动机的反向发力进一步减缓降落速度,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。(马帅莎 郭超凯)

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