从高铁到马拉松！揭秘神舟回家最后一程刹车着陆

　　中青报·中青网记者 邱晨辉
　　通讯员 张亚婧
　　北京时间12月4日晚，随着一顶巨型降落伞打开，神舟十四号飞船返回舱缓缓降落于我国东风着陆场，护送三名航天员平安回到地球家园。
　　在这条回家之路上，回收着陆是载人飞船飞行任务的最后阶段，也决定着飞行任务最后的成功。而这顶面积达一千多平方米的降落伞，是飞船回收着陆系统的重要部分，可实现返回舱从高铁到马拉松的＂急刹车＂。
　　中国航天科技集团五院载人飞船系统总体副主任设计师彭华康介绍，返回地面之前，飞船返回舱要经历分离、制动、再入、减速、着陆缓冲五大阶段。该院508所为神舟飞船配套研制了高可靠性和安全性的回收着陆分系统，为护佑航天员安全回家、确保飞船返回舱走稳归航中发挥了重要作用。
　　精测高度，开启回家＂大幕＂
　　彭华康介绍，神舟＂回家＂的第一步是分离与制动阶段。
　　＂此次返回仍然采用 ‘快速返回方案’，即神舟十四号在与空间站组合体分离后，再飞行5圈就开始返回地面；之后，位于前段的轨道舱与中段的返回舱分离；返回舱、推进舱两舱组合体再通过制动变轨，使舱体从近400公里的圆形轨道变成近地点低于100公里的椭圆轨道；随后，推进舱和返回舱分离，返回舱以精确计算的再入角度进入地球大气，推进舱在穿越大气层时烧毁。＂彭华康解释。
　　接下来是再入阶段。神舟十四号返回舱的外形像一个上窄下宽的大钟，再入之前，舱上自带的发动机会将返回舱调整为大底朝前的配平状态，以升力控制的方式再入。
　　彭华康告诉记者，再入的过程中，返回舱和大气层空气剧烈摩擦，形成包裹住返回舱的等离子区，造成地面与舱体之间信号中断，这段时间被称为＂黑障区＂，在这个过程中，地面无法通过任何遥控方式对飞船进行控制，依靠飞行器全自动处理。
　　据他介绍，神舟飞船在轨飞行的时间里，回收着陆分系统只是在返回舱内静静守候，直到飞船返回舱穿过大气层后自由下落至距地10公里高度时，由静压高度控制器判断高度，并发出回收系统启动信号，回收着陆分系统才开始工作。
　　逐级开伞，从高铁到马拉松的＂急刹车＂
　　到了减速阶段，在距离地面40公里左右时，飞船已基本脱离＂黑障区＂。返回舱上安装了静压高度控制器，通过测量大气压力来判断所处高度，当返回舱距离地面10公里左右时，静压高度控制器会给出一个信号，引导伞、减速伞和主伞相继打开。
　　＂三伞的面积从几平方米增大到几十平方米再到一千多平方米，通过这样逐级开伞的方式以减小过载，保护航天员。＂彭华康说，设计师为飞船量身定制了一套三级开伞程序，先打开两个串联的引导伞，再由引导伞拉出一顶减速伞。减速伞工作一段时间后与返回舱分离，同时拉出1200平方米的主伞。这一系列动作，成功将飞船返回舱从高铁的速度，降到普通人跑马拉松的速度。
　　他还提到，为防止减速伞和主伞张开瞬间承受的力太大，减速伞和主伞均采用了收口技术，也就是说，放慢伞绳从收拢到散开的过程，让1200平方米的大伞分阶段张开，保证整个开伞过程的过载处于航天员体感可承受的范围。航天员也正因为感受到这一连贯动作的晃动，才能确认回收系统工作正常。
　　反推助力，实现返回舱软着陆
　　在着陆缓冲阶段，防热大底与侧壁的防热材料是飞船进入大气层后的＂铠甲＂，等主伞完全打开后不久，返回舱就会抛掉这身＂铠甲＂，伽马高度控制装置开始工作，通过发射伽马射线，实时测量距地高度。
　　彭华康说，当返回舱降至距离地面1米高度时，底部的伽马高度控制装置发出点火信号，舱上的4台反推发动机点火，产生一个向上的冲力，使返回舱的落地速度达到1-2米/秒。同时，安装缓冲装置的航天员座椅会在着陆前开始抬升，使冲击的能量被缓冲吸收，航天员便可安全着陆。
　　落点标位，助力搜救快速定位
　　返回舱安全着陆后，为保证地面搜救系统及时搜索到返回舱，除布设一定数量的雷达，跟踪测量返回舱轨道并预报落点位置外，返回舱上还安装了自主标位设备，告诉搜救人员＂我在这里＂。
　　彭华康说，标位设备以发送目标救援组织规定频率和格式的无线电设备为主。为了方便在夜间寻找返回舱，飞船返回舱的＂肩部＂位置还装有闪光灯，直升机据此能在夜间发现返回舱。
　　他告诉记者，一旦返回舱降落在海上时，在波浪翻滚的大海里，直径3米的返回舱难以被发现，为引导飞机和救捞船搜索返回舱，返回舱底部装有海水染色剂。海水染色剂会缓慢释放，将附近水面染成亮绿色，持续时间可达4小时。
　　故障预案，充分把握救生机会
　　神舟十四号载人飞行任务是我国组织实施的第9次载人航天飞行。神舟十四号航天员乘组在轨工作生活6个月，在地面支持下圆满完成了三次出舱活动，一次＂天宫课堂＂太空授课活动，开展了多项科学试验与应用项目，见证了中国空间站＂T＂字构型基本建成的＂高光时刻＂。
　　＂此次返回任务过程环环相扣、天衣无缝，地面技术团队密切配合、大力协同，为神舟十四号载人飞行任务画上了圆满的句号。＂彭华康告诉记者，由于飞船返回舱在返回过程中处于高速运动的状态，一旦中途出现故障，外界无法采取营救措施，也不可能将程序暂停或恢复到原位重新开始。因此，回收着陆分系统的工作过程只能是由一系列不可逆按时序执行的动作组成。
　　他说，为保证航天员的生命安全，提高回收着陆分系统工作的可靠性和安全性，五院508所为回收着陆分系统设置了9种故障模式，涉及正常返回、中空救生、低空救生3种基本返回工作程序，采取了备份降落伞装置、时间控制器、三组高度开关等多种备份措施，以全面保证返回舱在火箭发射段、上升段、正常返回和应急返回段的安全返回与着陆。