與神舟十二號返回不同的是,此次返回是我國首次采用“快速返回技術”,返回時間由之前的28小時大幅縮短至9小時左右,是我國航天器返回技術的重大突破。
北京航天控制中心載人飛船任務副總指揮楊彥波說:與空間站相比,飛船空間狹小,快速返回計劃是為了減少航天員在飛船內停留的時間。
神舟十二號返回時,飛船繞地球飛行11圈,至少需要16.5小時,而神舟十三號只繞地球飛行5圈,耗時7.5小時。但從再入到著陸的過程是不可或缺的,這個過程也是航天員需要面對最大挑戰的過程。
那麽神舟十三號的回歸需要幾個步驟呢?每壹步都有哪些危險?就說這個話題吧。
神舟十三號航天員返回地球的第壹步是從空間站撤離到載人飛船,關閉雙向壓力艙的艙門。在此之前,宇航員已經完成了空間站的所有排序工作,並設置了相關參數。就像人出門前要關燈關門壹樣,空間站的“燈和門”也要關好。
進入載人飛船的航天員會穿上遠征時穿過的艙內壓力服,第壹時間在返回艙值班。航天員在返回艙返回前也要做壹些準備,比如設置返回狀態,發送在軌指令等。之後,在地面控制中心的控制下,操作神舟十三號載人飛船與空間站組合體分離,撤離空間站。
返回艙先退到空間站核心艙徑向下方19米的位置,再退到200米的位置,變成飛行姿態。之後在軌道上飛了5圈左右。在這個階段,神舟十二號繞地球飛行了11圈,這種快速返回技術在這個階段節省了大約9個小時。
在分離和撤離過程中,可能存在的風險是,當雙向壓力艙打開時,如果出現壓力泄漏,對航天員的威脅是致命的。壹旦壓力艙泄漏,艙內空氣會瞬間消失,成為真空環境,宇航員會出現減壓病,嚴重時甚至會出現體液沸騰。
載人飛船與空間站核心艙分離後,需要第壹次調整姿態。比如姿勢調整,就像我們開車回家時,把車頭轉向回家的方向。
方向調整後,軌道艙和返回艙將分離。分開後,態度會再次調整。調整後會處於倒置狀態。之後,推進艙制動系統啟動,返回艙從原飛行軌道進入返回軌道。這個過程叫做制動脫軌,返回艙只有進入預定的返回軌道,並與地球大氣層形成合適的角度,才能返回地球。
進入返回軌道後,飛船將進入慣性滑行階段。在大氣阻力和制動系統的作用下,返回艙的飛行速度和高度都在逐漸下降。下降到壹定程度後,推進艙將與返回艙分離,推進艙將在大氣摩擦下完全解體,在大氣層中燃燒,而返回艙將繼續向地球方向高速墜落。
這個階段的關鍵點是,飛船的飛行方向與地球大氣層之間的角度必須控制好。如果夾角太小,高速飛行的航天器很可能與大氣層擦肩而過;如果夾角太大,飛船下落速度太快,艙內的宇航員承受不了這麽快的加速度。
當飛船距離地面約145公裏時,返回艙和推進艙開始分離。分離過程中,返回艙會劇烈震動,滾動緩慢,所以航天員在艙內的感受不是很好。
當返回艙距離地面100公裏時,將重新進入大氣層。此時空氣密度不斷增加,返回艙底部溫度高達上千攝氏度,整個返回艙被火焰包圍。
同時,返回艙對大氣的沖擊波加熱和隔熱層的燒蝕會產生等離子體,等離子體會吸收和反射電磁波,中斷返回艙與外界的無線電通信。這種效果被稱為黑障。返回艙將進入“黑障”,在那裏完全丟失。這種狀態大概持續四到五分鐘。
這個階段是整個回歸過程中最危險的壹步。返回艙裏的航天員要承受4倍於自身體重的壓力,承受劇烈的震動,進入失聯狀態,對航天員的身體和心理要求都非常高。
在距離地面10公裏的位置,返回艙將依次打開導向傘、減速傘和主傘。主降落傘有1200平方米那麽大,但是返回艙著陸時不能壹下子打開,否則降落傘會被空氣弄斷。
設計師為飛船量身定制了壹套三級開傘程序。先打開兩把串聯的導傘,再從導傘中拉出壹把減速傘。減速傘工作壹段時間後,與返回艙分離,同時拉出主傘。
為了防止減速傘和主傘在打開瞬間受力過大,兩傘都采用了收傘技術。該技術可以使1200平方米的主傘分階段打開,保證整個打開過程中航天員的身體能夠承受過載。
當高度達到離地1米時,返回艙啟動反向推進系統,下降速度降至每秒2米左右,使返回艙最終安全著陸。當我們返回神舟十二號時,返回艙著陸時看到的火光就是反推系統啟動的效果。
在最後10公裏的過程中,航天員需要面對的最大挑戰就是過載和沖擊。返回艙降落傘打開的壹瞬間,航天員的身體瞬間要承受更大的過載,著陸時航天員要承受壹次撞擊,不亞於壹次小車禍。
神舟十三號返回,我們依然選擇在東風著陸場著陸。搜救隊已經有了神舟十二號的搜救經驗,相信搜救速度會更快更準。
返回艙著陸後,搜救隊會同時到達,第壹個沖向返回艙的當然是飛行員。開艙絕對是個技術活,不僅需要全面掌握開艙技巧,還需要強大的心理素質。
返回艙在返回過程中,會與起爆器發生激烈摩擦,殼體產生高溫,導致艙體內壓力與艙外壓力不平衡。那麽開艙的時候就要控制好返回艙內外的壓力平衡,不能開艙太快,否則航天員會不適應。當然也不能開艙太慢,否則會耽誤開艙時間。
神舟十二號返回時,是馮毅開艙,這次是馮毅的徒弟蘇利明負責打開神舟十三號的艙門。神舟12號返回搜救任務時,蘇利明擔任旗手。這壹次,他和馮毅調換了崗位,擔任開艙員,而馮毅擔任旗手。
艙門成功打開後,醫護人員將第壹時間檢查三名航天員的身體狀況。在確認沒有問題後,工作人員會幫助三名航天員依次出艙,將三位航天英雄擡到事先準備好的椅子上。
在這壹點上,神舟十三號可以算是安全回歸了。在著陸場短暫休息後,三名航天員將乘坐直升機前往轉運機場,乘專機返回北京,三名航天員將安全到家!
無論是神舟十二號還是神舟十三號,我們總是看到航天員們充滿活力和激情的面孔,聽到的都是“完成所有既定任務”,有理由認為載人航天工程的每壹步都非常順利和安全。
但實際上,無論是神舟十三號在空間站執行太空任務,還是完成任務後返回地球,他們都時刻處於危險狀態。返回過程看似安全可靠,實則充滿危險。
在整個返回過程中,神舟十三號的航天員要經歷高速墜落、超重超載、在黑障區失去聯系、強烈撞擊等多重挑戰。每壹次挑戰都對他們的身心提出了很高的要求。
最後,祝神舟十三號順利返回,全國人民都在地球上等待三位航天員凱旋而歸!
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