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神舟十二号返回克服了哪些难点 飞船翻跟头、航天员倒着坐、穿越黑障-财新闻

 神舟十二号成功克服三道关:飞船翻跟头、航天员倒着坐、穿越黑障,接下来就让我们一起来看看具体的消息介绍,希望对大家有所帮助,感兴趣的话降低跟朋友一起分享。 9月17日,神舟12号航...

 神舟十二号成功克服三道关:飞船翻跟头、航天员倒着坐、穿越黑障,接下来就让我们一起来看看具体的消息介绍,希望对大家有所帮助,感兴趣的话降低跟朋友一起分享。

 9月17日,神舟12号航天员乘组结束在空间为期三个月的工作,开始向地球返航。那么神舟12号究竟是如何返航的?如何完成向着陆场的瞄准和滑行?又是如何完成在大气中的制动减速,最后平安落到地面的?

 这个过程可以分为几个阶段,首先是分离阶段。神舟12号跟空间站是一个组合体,在空间绕着地球的轨道飞行,以90分钟的速度环绕地球一圈,这样不断的循环。

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 如果想向地球返航,首先要完成分离,就是神舟12号飞船跟空间站完成对接机构的解锁分离。这个时候,航天员原本是在空间站的,他们首先要在空间站完成撤离前的最后检查工作,使空间站从有人值守切换到无人值守的工作状态。

 然后他们会向神舟12号的轨道舱转移,从核心舱向轨道舱转移的过程中,他们必须要在转移完成之前关闭空间站气密舱的舱门,同时进入到轨道舱以后也要关闭轨道舱的气密舱门。

 进入后,他们会再次通过轨道舱进入返回舱,然后关闭轨道舱跟返回舱之间的气密舱门。这时,飞船就开始分离动作,解锁机构解锁,神舟12号飞船的制动机构缓慢喷气,让飞船以非常小的速度逐渐脱离空间站,这个时候两者还是在共同的轨道上运行,当环绕到最后一圈的时候,地面会下达一个撤离的返航指令,这个时候两者就不再以共同的轨道开始进行下一轮的动作。神舟12号飞船这时距离空间站已经有一定的距离,所以要调整姿态。

 首先来讲反冲系统会调整它的姿态,让它逆时针先回转90度,本来飞船是以纵轴对准轨道飞行,现在就是横侧飞行。同时,轨道舱跟返回舱之间的对接机构会解锁,两者之间就会有一个缓慢的分离速度。

 横向分离的好处是让被抛弃之后的轨道舱不会停留在飞船的轨道前后位置,两者不会造成相互干扰,横向抛掉轨道舱,这时的飞船只剩下返回舱和后面的推进舱这样两个系统组成的组合体,但是还是横着的。在扔掉轨道舱之后,神舟12号飞船会继续逆时针回转90度,这个时候,它已经逆时针回转了180度,变成了头朝后,尾朝前的姿态。

 推进部分的发动机是正对着轨道前方,这时就已经完成了向地面返航的最后准备。此时推进发动机会点火,但不再是为了加速,而是让飞船在轨道上减速。

 飞船可以到达地球轨道,并且环绕地球不会掉下来,主要原因是它要达到第一宇宙速度——每秒7.9公里甚至更高。

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 如果你的速度在这个时候能够迅速衰减,它就会向地球下落。如果速度衰减到零,那就会直上直下,自由落体落向地球表面。但是如果衰减不到零,而是仍然维持一个很高的速度,它就会以不足第一宇宙速度的姿态向地球以一个抛物线的方向滑落下来,这就是神舟12号返回地面的一个基本原理。

 但是,速度和姿态的控制要求相当之高,是比较的严苛的数学和物理的计算过程。制动发动机减速到一定阶段的时候,神舟12号飞船就开始接近地球的大气了。在140公里的高度,返回舱不能带着推进舱,两者会分离,推进舱会在大气层中烧毁,而返回舱会向大气层进一步前进,到了100公里的高度时,返回舱就开始接触到浓密的大气层,这个时候就是大气的摩擦减速制动的过程。

 大气跟返回舱会以接近第一宇宙的速度撞击,产生相当高的热量,使得包围返回舱的大气产生电离作用。电离后的空气会屏蔽掉任何无线电信号,也就是说在100公里的高度之后,飞船会进入一个黑障的状态,飞船跟地面之间的通讯会中断一段时间,在达到40公里的时候,黑障才会消失。

 所以在这个阶段对于飞船的监控主要依靠地面的雷达测控手段,通过主动雷达在监测飞船下落的轨道,在40公里摆脱黑障以后,飞船会进一步下落,在这个过程中其实非常讲究姿态,飞船必须要建立起与地球大气的一个非常合适的角度,通常是与地面这个地区的海平面的夹角维持1.5-1.7度左右。

 这个小角度既有利于减速,同时又能够让飞船比较精准的沿着预定的下滑轨道向它瞄准过的着陆场前进。如果角度太大,就意味着载入的姿态角过大,摩擦会更加剧烈,导致飞行的过载可能会非常大,超过限度。严重的时候摩擦可能会让飞船由于高温而受损,甚至导致飞船重要系统的损毁。

 如果姿态角过小,飞船可能会像水漂一样在大气层边缘进行弹跳,这样的情况,飞船也不能按照预定的轨道滑向预定的着陆场,所以角度过大和角度过小都是一个很糟糕的事情。

 要让飞船能够精准的回到着陆场,就意味着姿态角的建立和中间不断的控制和修正尤为重要,这对航天员的生命安全的保障也尤为重要。

 航天员在返回舱的时候是背对向着前进的方向,倒坐着向前进,航天员可以以背部的下侧,包括臀部、大腿部和后背的下部来承受过载的力量,对于他们身体健康的保障程度是最高的。

 整个下滑过程中过载不会超过4个g,这也是航天员在他们的适应性训练中完全可以耐受的水准。接近地面10公里的时候,减速伞系统开始启动,飞船速度也降到了一定的水准。

 减速伞是由引导伞到减速伞再到主伞依次地拉开,这是层级减速的一个原理,防止一次性张开一个过大的伞,这样在高速的大气的冲击下,有可能会让伞绳或者伞体出现断裂或者爆破的现象。

 减速伞依次张开的效果可以让飞船从每秒钟200米的速度降到每秒钟六七十米,再降到每秒钟5-6米。最后,飞船还要进行一项工作,就是抛掉返回舱底部的防热大底,这个大底像一个盾牌一样,承受着高速高温的气流的不断冲击,它是一个很沉重的笨家伙,是一个死重。

 这个时候飞船在距地面比较近的时候,大概在5公里左右的时候要扔掉防热大底,减轻飞船重量,同时更有利于进一步减速。防热大底扔掉以后,返回舱底部就会露出4个制动发动机的喷口,这几个喷口在最后的关头将发挥关键作用。

 在主伞的拖带下,飞船距离地面最后一米多的时候。4台制动发动机会喷出灼热的气流,帮助飞船进行最后的减速。在每秒钟5-6米的水平上一次性减到每秒1-2米的速度着陆,保证航天员的生命安全。所以整个的减速器系统也是非常的复杂。

 飞船安稳落到地面以后,这个时候搜救的过程,实际上在这之前就已经同步展开。

 飞船再入大气的时候,地面就会用雷达不断的监控飞船的姿态和轨迹。飞船脱离黑障以后,飞船上的各种频段的信标会向外发出它的定位信号,这时候空中的直升机、地面的测控站或者搜救车辆都会同步监测到飞船的位置信息,兵分多路的赶赴搜救现场。

 整个东风着陆场区域已经事先安排好了多架直升机和大量的搜救车辆和保障队伍,他们会保证在第一时间迅速赶到飞船的落点,甚至有的时候赶来的直升机是看着我们的飞船,安安稳稳得在主伞的拖带下降落到地面。

 搜救人员抵达,完成飞船的外观检查和局部的清理保护之后,就会做开舱的准备。主要是对舱内的仪器设备进行检查保护,该转移的转移,该防护的防护,同时对航天员要进行医学的检查和处置,查看航天员着陆的过程中是否有身体的不适,同时在舱内对他们进行一个初步的适应性训练,可能很短几分钟,帮助他们重新建立起对地球的重力的一个适应。

 否则,舱内很狭小,要想通过外力把航天员转移出来也比较困难,最好他们还是能够建立起自己的体力,对重力的一个适应,这样搜救人员可以更顺利的帮他们出舱,出舱之后他们通常也不会站立,一般会在座椅上小憩一下,因为重力对于他们来讲仍然是个负担,毕竟在空间已经工作了三个月。

 在三个月时间里,由于失去了对重力的适应的过程,他们的钙质可能会流失,可能会骨质疏松、肌肉的力量感下降……虽然三位航天员一直在空间进行锻炼,但是毕竟比不过地球表面给人的适应性养成更强。小憩之后,工作人员就会把航天员转移上医疗保障车,送他们回到医疗机构。

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 接下来第一个阶段是医疗隔离阶段,对航天员身体的指征、医学的数据进行大概两周的监测。第二个阶段是疗养和康复训练阶段,也可以理解为建立起他们重新对地球环境的适应过程。

 这个过程对航天员特别重要,因为他们要做的不仅仅是恢复到平常人的水平,他们还需要恢复到发射之前航天员的水平,保证他们能够在下一个阶段继续执行航天发射的任务。

 而对于这个过程而言,国内的航天医疗系统已经非常成熟,能够较好地掌握航天员的医疗隔离,包括疗养和康复,以及一些适应性的训练,有点像健身房的训练内容,只不过它更科学、更缓慢、更循序渐进。

 在这个过程中还伴随着医疗监护,包括饮食起居的保障,保证航天员能够在身心舒适的一个状态下,恢复到他们发射之前的身体状态,这就是神舟12号飞船从天到地的一个过程。

 虽然我们在过去的载人航天发射中已经多次地看到这个过程,但是对于中国航天员来讲,这是第一次经历三个月的飞行后,重返地面的过程,对于中国航天医疗系统也是一个宝贵的经验和数据积累的经历,它又是中国长期在轨驻留航天员,返回地面身体康复训练的一个重要参考,所以尤为值得各界关注。

 我们期待神舟12号航天员能够迅速恢复状态,也期待神舟13的航行员能够顺利的发射升空,重启中国空间站有人驻留模式。

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