神舟飞船“回家”有新科技 “快速返回”是什么?

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  接载中国太空人翟志刚、王亚平和叶光富的神舟十三号,于2022年4月16日返回地球。与以往神舟飞船不同的是,神舟十三号首次实现“快速返回”,把以往“回程”所需要的一天多时间,大幅缩短到约9小时。“快速返回”是什么回事?神舟十三号的返回过程会经历些什么?

“快速返回”不用在轨道上长时间等候 

  以往的神舟飞船,无论是史“天宫”一号、二号实验舱时期,还是进入了中国太空站阶段,它从太空返回地球所需时间都比较长。

  以神舟十二号为例,它于2021年9月16时上午8时56分与中国太空站的天和核心舱分离,至翌日下午1时34分才抵达内蒙古的东风着陆场,即使扣除它“临别”前与太空站进行绕飞和径向交会试验的4个多小时,回程时间也要接近24句钟。

  在飞船狭小空间里坐等整整一天,可以想像太空人的舒适度不会高。

  大家可能有疑问,太空站只是在地球上空大约400公里,为什么返回行程要这么长时间?

未有“快速返回”的神舟十二号,离开太空站后用了28个多小时才回到地球。图为太空人聂海胜(中)、刘伯明(右)、汤洪波安全顺利出舱。(网上图片)

  据报道,太空站和神舟飞船的结合体在太空轨道上运行,每天大约要绕地球15.6圈,但最多只有一圈是会经过着陆区上空。所以以往的神舟飞船脱离太空站后,还要继续绕着轨道转上十多圈,等待这时机。所以它回程所需的一天,绝大部分时间是在轨道上“转圈”和等待。

  事实上,在等到适当轨道后,神舟飞船由开始“煞车”脱离轨道,到最终在地面上安全着陆,所需时间不足一小时,以神舟十二号为例,只用了49分钟。

  随着测控等技术升级,神舟十三号首次拥有了“快速返回”技术。它离开中国太空站后,只要在轨道上转上5圈,就可以进入一个叫“再入走廊”的轨道,开始返回地球。

“快速返回”提升任务效率和舒适性

   那“快速返回”能有多快?神舟十三号是4月16日凌晨零时44分与中国太空站分离的,至早上9时56分抵达东风著陆场,全程9小时多一点。

  专家指出,神舟飞船回程时间缩短,除了提升太空人的舒适性外,更重要是提升任务效率,这在中国载人航天任务常态化后至关重要。

  当然,神舟十三号在这方面还未达顶尖。俄罗斯的联盟号飞船脱离国际太空站后,只需再在轨道飞行两圈就返回地球,所以它的返回行程仅4个多小时。大家都期待着,当中国的“快速返回”技术更成熟后,中国太空人回家的时间也会更快。

中国载人航天任务将常态化,“快速返回”技术是关键。图为负责载人航天发射任务的“长征二号F”火箭。(网上图片)

  最后再说一下神舟十三号整个“回归”过程。

  按照程序,翟志刚、王亚平和叶光富3位太空人完成所有工作后,要从太空站转移到神舟十三号的轨道舱,然后关闭所有舱门。这时太空站也由有人值守模式切换到自动值守模式。

  到了预定返回时间,北京航天飞行控制中心通过地面测控站发出返回指令,神舟十三号与太空站分离。

  在“快速返回”模式下,神舟十三号先在轨道上转上5圈,然后调整飞行姿态,择机利用引擎反推减速和脱离原来的轨道,进入“再入走廊”。

  在这阶段,由轨道舱、推进舱和返回舱3部份合组而成的神舟十三号,会先抛弃轨道舱;轨道舱将堕入大气层烧毁。

“快速返回”途中遇“黑障” 通信短暂中断

  此后“快速返回”的神舟十三号进入“自由滑行”阶段,它会在地球引力下不断下降。到距离地面约140公里高空时,飞船的推进舱亦会被抛弃。

  接下来便是再入大气层阶段,神舟十三号返回舱下降到离地面约100公里时,它会用底部朝下的姿态,以半弹道方式进入大气层;由于大气密度增加,摩擦力将令返回舱减速,同时亦令它表面温度急剧升高,变成一个“火球”。

  高温同时会使返回舱周围的空气形成等离子体,屏蔽无线电波,也就是新闻报道屡有提及的“黑障”,这期间返回舱与地面失去联系。“黑障”会一直持续到离地面约40公里才消失,持续时间达数分钟。

所有返回式航天器都要经历“黑障”,有“快速返回”技术的神舟十三号亦不例外。(网上图片)

  此后返回舱继续减速。在距离地面约10公里时,已从西向东进入中国国境上空的返回舱,适时自动打开减速伞和主降落伞,速度也随之从每秒几百米降到5至6米。

  到距离地面约5公里时,返回舱会抛掉底部隔热罩,露出返推引擎。当它降至距离地面1米之际,反推引擎即会启动,再次缓冲速度,最终返回舱以每秒2至3米速度安全着陆,任务完成。

  神舟十三号任务结束后,中国的太空站建设仍会继续。在2022年,当局共安排6次与太空站相关的发射任务,包括发射两艘载人飞船、两艘货运飞船,以及“梦天”和“问天”两个科学实验舱,大家要继续关注。

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中国航天除了突破“快速返回”技术外,今年还会有多次及太空站有关的发射任务,当中包括发射“问天”实验舱。(网上图片)

 

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