“神十一”的回家“密码”

2016-11-19 02:37 北京日报

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来源标题:“神十一”的回家“密码”

回家之路

1、撤离

神舟十一号飞船想“回家”,第一步就是与天宫二号分离。

2、制动离轨

飞船要通过调姿、制动、减速,从原飞行轨道进入返回轨道。调姿后,返回舱会先和轨道舱分离。

3、自由下降

飞船从离开原运行轨道到进入大气层之前,空气阻力小,主要是在地球引力作用下呈自由飞行状态。

自由飞行阶段,飞船完成推进舱分离,建立再入姿态。返回舱建立正确的再入姿态角度是一项重要的工作,这个角度必须精确地控制在一定的范围内,如果角度太小,飞船将从大气层边缘擦过而不能返回;如果角度太大,飞船返回速度过快,将像流星一样在大气层中被烧毁。

4、再入大气层

返回舱进入稠密大气层后,承受气动加热和再入过载,是返回过程中环境最为恶劣的阶段。随着高度的降低,空气密度越来越大,返回舱与空气剧烈摩擦,使其底部温度高达数千摄氏度,返回舱周围被火焰所包围,因此,对返回舱要采取特殊的防热措施。

返回舱下降到一定高度时,接收不到地面发送的无线电信号,地面也接收不到返回舱发送的无线电信号,因此,这个区域被称为无线电“黑障区”。

5、开伞着陆

返回舱从打开降落伞到着陆这个过程称为着陆段。在距地面10千米左右高度,返回舱的回收着陆系统开始工作,先后拉出引导伞、减速伞和主伞,使返回舱的速度缓缓下降,并抛掉防热大底,在距地面1米左右时,启动反推发动机,使返回舱实现软着陆。

神舟飞船不仅能在陆地上通过反推发动机降落,还能实现在水上着陆。

安全法宝

降落伞能铺满三个篮球场

降落伞系统是飞船返回阶段的重要气动力减速装置,它可以将进入大气层的飞船返回舱从“高铁速度”降到普通人的慢跑速度。

此次使用的降落伞系统由7000多个零部件组成,是目前我国航天器回收降落伞中结构最庞大和最复杂的系统。其中主伞是1200平方米的特大型降落伞,全部展开后可覆盖三个篮球场。主伞拉直长度超过70米,能够横跨足球场。

这巨大的伞体态轻盈,重量不到100公斤,收拢后装进伞包内的体积还不到0.2立方米,甚至可以塞进普通的家用冰箱。

从0.2立方米的伞包到1200平方米的巨型降落伞,其展开过程也就几十秒,但这短短几十秒背后,是航天科技集团五院508所包伞人员数天的包装、加工人员数月的缝制、设计人员数年的计算与试验。

失联时会启动应急返回系统

此次神舟十一号飞船要频繁变轨,为进一步保障航天员返回时的安全,提升飞船自主运行的能力,飞船系统设计了在轨自主应急返回的救生方案。

一旦飞船与地面失去联系,地面指挥系统将无法为飞船计算准确的落点,飞船将启动自主应急返回系统。

由中国航天科技集团公司五院西安分院研制的仪表控制器应用软件将为保障航天员的安全再加一道砝码。该软件可以进行轨道预报,并通过神经网络计算落点的控制参数,寻找落点的优选方案,进而实现飞船的自主应急返回。

缓冲技术确保“软着陆”

飞船返回舱着陆,可是硬碰硬的撞击!

中国航天科技集团公司五院508所将着陆缓冲技术应用于神舟飞船返回舱的着陆缓冲系统,确保返回舱“软着陆”,使航天员在飞船返回舱着陆的一瞬能有良好乘坐体验。

科研人员采用的γ光子测距技术能够精确控制发动机点火高度,下降的返回舱再次“紧急刹车”,进一步将下降速度减小到安全速度。从神舟十号飞船开始,γ高度控制装置首次采用国产化设计,填补了国内高精度γ光子测距技术空白,并通过半实物仿真试验,全面验证了产品性能。

智能机械保回收“双保险”

此次回收分系统具有自行进行故障检测和判断并自动进行主、备降落伞切换的功能。由软硬件组成的回收控制装置,可以不用地面台站和航天员的干预,自主判断返回舱所处的返回状态,自动选择不同的程序,发出回收着陆指令。同时,回收系统还以机械钟表控制作为冷备份,重要控制部件采用冗余设计,从而提高了回收着陆程序控制的可靠性。

回收程序一旦启动,就不可逆。科研人员设计了正常返回、低空救生、中空救生等多种故障情况下的回收工作程序,提高了对飞船不同返回状态的适应性。自神舟九号起,飞船回收着陆系统在程序脱伞模式的基础上增加了航天员手动脱伞模式,可以有效避免着陆场环境对飞船及航天员安全的威胁。

释疑

如何快速接到落地飞船

飞船进入地面,如何快速确定位置?有四个重要的环节,确保着陆后的航天员得到快速接应。

第一个环节:跟踪测控

神舟十一号飞船太空启动制动返回程序后,经过约30分钟进入主着陆场设备跟踪范围。测控设备主要有雷达和光学设备两类。位于主着陆场区的白云鄂博雷达站捕获到返回舱信号后,迅速测量出返回舱出黑障区前后的轨道;测控设备捕获目标后,向返回舱发送遥控指令。这次任务,新增了光学设备,保证不间断拍摄返回舱在黑障区前后及开伞着陆的实况景象。

第二个环节:返回舱搜索寻找

返回舱的搜索寻找主要依靠空中搜救分队。较以往的固定翼飞机和直升机,这次新增了2架无人机。5架直升机在返回舱着陆前,在以着陆点为中心36公里的区域上空四角待命。返回舱出黑障区后,舱上的信标机启动,发送信号,直升机则开始定向搜索。2架无人机在核心着陆场区西北侧和东南侧空域待命飞行,利用光学吊舱辅助进行视频搜寻,同时1架运输机在着陆场上空搜索返回舱信标机发出的信号,将相关数据发回指挥部,辅助提供搜索定向信息。在确定了返回舱的准备位置后,直升机将立即前往,并同时通报地面分队。

第三个环节:航天员救援

当搜救队伍抵达返回舱着陆点后,首先要进行返回舱外观检查,确认着陆姿态正常,没有燃料泄漏等异常情况,再由搜救队员打开舱门。

医监医保人员进入舱内,对航天员进行血压、心跳、外伤等常规查体。在确认航天员身体状况良好后,将其转运至医监医保直升机。

转运航天员所用的是一个半躺式的座椅。考虑到天气寒冷,航天员出舱后将为其添置保暖型睡袋和盖毯。重力适应过程由以往的在舱内进行改至在直升机上进行,适应过程需大约80分钟。然后,直升机从着陆现场起飞,前往机场,等候在那里的航天员专机将他们送往北京。

第四个环节:返回舱处置回收

在航天员进行医监医保程序后,搜救队员进入返回舱内,将有效载荷尽快取出,移交给相关科研单位。这些有效载荷将随航天员专机一道返回北京。 载荷取出后,搜救队员对返回舱进行拍照摄像、测量实际落点等,随后将其吊装至专用车辆,送至着陆场站,次日通过专列运至北京。至此,飞船返回搜救任务全部结束。

责任编辑:李楠楠(QN0006)

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