从太空返回,飞船是如何“急刹车”的?揭秘神舟十二号飞船回家的最后一程路

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回收着陆是载人飞船飞行任务的最后阶段,也决定着飞行任务的最终成败。当看到1200平方米的巨型降落伞拖着返回舱缓缓降落时,你是否会好奇如此巨大的降落伞是如何控制可靠展开的?

为了护佑在轨工作3个月的航天员安全回家,中国航天科技集团有限公司五院508所为神舟十二号飞船配套研制了高可靠性和安全性的回收着陆系统,确保飞船返回舱走稳归航的最后一段路。回收着陆系统由多个子系统组成,包括结构、降落伞、着陆缓冲、程序控制、火工品、标位等多种类型产品,集成了光、机、电、热、高能粒子、柔性特纺材料等多类先进技术。整个回收工作过程包括了10余项过程控制,各程序动作连贯,环环相扣,就像一场高水平的杂技表演,每个环节都不能出错。

精测高度:开启回家“大幕”

神舟十二号飞船在轨飞行的3个月中,回收着陆系统只是在返回舱内静静守候,直到飞船返回舱穿过大气层后自由下落至距地10km高度时,由静压高度控制器判断高度,并发出回收系统启动信号,回收着陆系统才开始工作。

静压高度控制器只是程序控制子系统的设备之一,整个程序控制的“幕后成员”还包括回收配电器、火工控制器、程序控制器、行程开关等,它们分工明确,各司其职,就像人类大脑的不同区域,通过发出程序控制指令信号,控制着“台前”各执行机构完成规定的弹伞舱盖拉引导伞、拉减速伞、减速伞分离拉主伞、主伞解除收口、抛防热大底、转垂挂等一系列不可逆的动作。

逐级开伞:完成从高铁到马拉松的“急刹车”

1200平方米的降落伞在飞船返回舱降落时不能一下子全部打开,否则伞会被空气崩破。508所的设计师们为飞船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1200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。

为防止减速伞和主伞张开瞬间承受的力太大,减速伞和主伞均采用了收口技术,也就是说,放慢伞绳从收拢到散开的过程,让1200平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。航天员也正因为感受到这一连贯动作的晃动,才能确认回收系统工作正常。

火箭反推:实现返回舱软着陆

防热大底是飞船进入大气层后的“铠甲”,等主伞完全打开后一会,飞船返回舱就会抛掉这身“铠甲”,伽玛高度控制装置开始工作,通过发射γ射线,实时测量距地高度。当飞船返回舱降至距离地面1m高度时,返回舱底部的γ表发出信号,“指挥”飞船返回舱上的4台反推发动机点火,给返回舱一个向上抬的力,使返回舱的落地速度进一步减小,航天员便可安全地着陆。

落点标位:助力搜救快速定位

为保证地面搜救系统及时搜索到返回地面的返回舱,除布设一定数量的雷达,跟踪测量返回舱轨道并预报落点位置外,返回舱上还配有自主标位设备,告诉搜救人员“我在这里”。

标位设备以发送目标救援组织规定频率和格式的无线电设备为主。为方便夜间寻找返回舱,飞船返回舱的“肩部”位置装有闪光灯,直升机据此能在夜间发现返回舱。当返回舱溅落在海上时,在波浪翻滚的大海里,直径3m的返回舱难以被发现,为引导飞机和救捞船搜索返回舱,返回舱底部装有海水染色剂。海水染色剂会缓慢释放,将附近水面染成亮绿色,持续时间可达4小时。

故障预案:充分把握救生机会

由于飞船返回舱在返回过程中处于高速运动的状态,一旦中途出现故障,外界无法采取营救措施,也不可能将程序暂停或恢复到原位重新开始。因此,回收着陆系统的工作过程只能是由一系列不可逆按时序执行的动作组成。

为保证航天员的生命安全,提高回收着陆系统工作的可靠性和安全性,508所设计师们想到了一切可能发生的紧急情况,为回收着陆系统设置了9种故障模式,涉及正常返回、中空救生、低空救生3种基本返回工作程序,采取了备份降落伞装置、时间控制器、三组高度开关等多种备份措施,以全面保证返回舱在火箭发射段、上升段、正常返回和应急返回段的安全返回与着陆。

有了这样一个设计先进、功能全面、可靠安全的回收着陆系统,神舟十二号飞船才能信心满满地走出大气层。作为中国空间站任务阶段的第一艘载人飞船,神舟十二号飞船不负重望,再一次安全归航,这是新征程的号角。面向未来,508所将继续发展航天器回收着陆技术,用最高的工作标准和最严格的指标要求,竭力保证航天员生命安全,全方位满足后续飞行任务需求,助力中国载人航天“三步走”发展战略顺利实施。

(原标题《从高铁到马拉松的“急刹车”  ――揭秘神舟十二号飞船回家的最后一程路》)

(作者:深圳特区报驻京记者 陆云红 李萍 通讯员 李莉 韩美玲)

编辑 张克 审读 刘春生 审核 张雪松 (冻结)李林夕

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