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顺利返回!科大人守护航天员回家的“最后十公里”

今天上午,神舟十三号载人飞船搭载航天员乘组翟志刚、王亚平、叶光富顺利返回地面,准确降落在酒泉卫星发射中心东风着陆场。

国防科大空天科学学院张青斌团队在此次任务中参与了某软件的研制任务,为搜救指挥控制系统提供了空中飞行管道和落点区域预报等重要信息支撑,守护航天员回家惊心动魄的“最后十公里“,保障了此次返回任务的圆满成功。

飞行安全管道辅助搜救示意图。张国斌供图

此次保障任务,团队骨干在长沙远程参与了多次前期协调。返回当天,计算软件在酒泉卫星发射中心总体控制系统中稳定运行,实时更新飞行管道并提供落点预测数据,为东风着陆场的搜救力量迎接航天员凯旋提供精确、详细的引导信息。

继成功保障2019年嫦娥五号、2021年神舟十二号飞船返回回收任务之后,这是团队开发的飞行管道快速预测软件第三次执行回收搜救保障任务。针对神舟飞船回收返回阶段的搜救任务需求,研究员张青斌亲自带领团队成员反复校核飞船回收过程物-伞动力学模型,分析着陆场历年风场特征和回收系统的多项不确定性因素,建立神舟十三号降落伞回收系统不确定条件下的快速分析模型,高效、精确地预测了飞行管道。

■ 科普小讲堂

最后十公里的“保护神”—— 神舟飞船降落伞系统

在轨飞行5圈后,神舟十三号首次在快速返回模式下返回地球。与神舟十二号返回相比,该模式将返回时间由一天多缩短到几小时,大大改善航天员的舒适性及任务实施效率。经历了热障和黑障,载人飞船回收着陆的最后一棒交给了神舟飞船降落伞系统。降落伞系统主要由引导伞、减速伞和主伞“守护三剑客”构成,三者依次拉出展开完成减速。在返回着陆的最后阶段,它将过关斩将大显身手,守护航天员回家惊心动魄的“最后十公里”。

1. 环环相扣的多级开伞

降落伞能否顺利打开,直接关系任务的成败。1967年4月24日联盟1号飞船返回时开伞失败,前苏联著名宇航员弗拉迪米尔·科马洛夫上校遇难,成为世界载人航天史上第一位牺牲的宇航员。开伞可谓是安全返回的最关键的一关。

在十公里高度,飞船速度从在轨分离时的第一宇宙速度降到大约200m/s,满足开伞条件,多级开伞程序启动。首先,返回舱上的静压高度控制器通过测量大气压力判定开伞高度,伞舱盖自动弹出,从而使引导伞和减速伞被依次拉出。减速伞作用将返回舱速度减小到约180m/s。随后,飞船返回舱速度和高度进一步降低,直至满足主伞开伞条件,主降落伞从伞舱弹出,经历两级充气减速,速度下降至约40m/s,1200m2的主伞完全展开,防热大底被抛掉。值得一提的是,神舟飞船的主降落伞是世界上最大的单伞,足足能够覆盖半个足球场。直至飞船减速至约7~8m/s,相当于校内机动车限行速度,保证航天员平稳下降。

2. “软磨硬不碰”的着陆制动

经过层层的开伞减速“马拉松”,与空气“软”摩擦,着陆缓冲段返回舱还得避免“硬碰硬”。在距地面高度约1m时,返回舱通过γ光子测距技术,精确控制4台着陆反推发动机的点火高度,通过反推 “刹车”,进一步降低速度至约2m/s,实现精准“软着陆”,减轻航天员所受冲击。

3. “卸磨杀驴“的落地一瞬

落地并非万事大吉,主伞可能会被风吹起,像气球一样,拖曳返回舱在地面滑跑,顺风情况滚动七八千米都不成问题。所以在落地瞬间,主伞上的切割器将剪断伞绳,让主伞脱落,确保返回舱不会被拖走。事实上,为了提高航天员的生存安全性,自神舟九号起,飞船回收着陆系统就在程序脱伞模式基础上增加了航天员手动脱伞模式,有效避免了着陆场环境对飞船和航天员的威胁。

飞船降落伞的使命自此结束,这位可靠的保护神不负众望保障了神舟十三号载人飞船返回任务圆满完成。随着“十四五”计划大幕开启,2022年中国载人航天工程将完成6次发射任务,包括天舟四号和天舟五号货运飞船、神舟十四号和神舟十五号载人飞船,以及问天实验舱和梦天实验舱的发射,并实施在轨交汇对接、出舱活动和飞船返回任务,中国空间站将全面建成。让我们共同期待红白相间的飞船降落伞再次在东风着陆场高空绽放,继续保护飞船和航天员安全归航,助力中国载人航天“三步走”发展战略顺利实施。