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首次下降东风着陆场!专家揭秘此次重返地球之旅

Allbet 民生 2021-09-17 19 0

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中央纪委国家监委网站 柴雅欣

出差3个月,航天员要回家了。脱离中国空间站,踏上重返地球的路,航天员要闯过哪些关?与嫦娥五号带着月壤回家相比,神舟十二号回家有何异同?对此,记者专访了国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光。

航天员重返地球风险高,首次在东风着陆场下降

问:神舟十二号的三名航天员从太空出发,重返地球家园,这个历程大致是怎样的呢?

杨宇光:重返地球是一个高风险历程。航天器以7.8公里每秒的速率围绕地球运行,而空间轨道运动的特点是,若是航天器原来是在一个圆轨道上运行,只需把速率稍降一点点,就会进入一个椭圆轨道,这个椭圆轨道离地球最近的点是近地址。当速率降到一定水平后,这个近地址就能低到大气层内了,随后行使大气阻力减速。

飞船和地心连线与地面的交点被称为星下点,而飞船运行和地球自转使得星下点在地球外面移动,形成星下点轨迹。当轨迹运行到非洲南端周围时,地面会向飞船下发制动指令,减速后进入近地址降低后的椭圆轨道运行。约莫在经由巴基斯坦卡拉奇上空时,飞船接触大气层并最先气动加热,随后经由我国新疆入境。在航行高度到达10公里左右时,飞船打开下降伞,速率进一步降低,并抛掉它下面的防热大底。约莫离地面另有一米高时,飞船里的几个小固体火箭发念头进一步反推减速,让航天员以一个恬静的速率着陆。

返回历程庞大,任何环节都不能失足。首先,飞船与大气猛烈摩擦发生极大热量,因此飞船具有气动形状,下面有一个防热大底,遭受上千度的高温,防止热量传到航天器内部,这是返回历程中影响飞船平安性的一个要害问题。第二,下降伞必须能够正常事情,这也是神舟飞船设计了主、备两套伞的缘故原由。下降伞在人类航天历史上出过问题,上世纪60年月,苏联“同盟一号”就发生了下降伞缠绕问题,没有打开,返回舱以极快的速率撞击到地面后马上上升,教训凄惨。此外,另有座椅抬升缓冲、维持舱内气压等一系列操作,配合保证航天员平安着陆。

问:这次神舟十二号返回与之前的返回义务相比,有什么纷歧样吗?

杨宇光:我以为主要有两点差异。第一,神舟十二号与空间站焦点舱对接了三个月,已往神舟飞船没有飞过这么长时间,这三个月里,空间辐射环境等都对飞船装备发生影响。飞船和焦点舱星散前,我们会对这些装备举行充实检测,确保没问题再脱离。

第二,这是神舟飞船首次在东风着陆场下降,而已往神舟飞船都是落在四子王旗着陆场。为什么这次换地方了呢?已往,神舟飞船是从一个牢靠的高度返回,而到了空间站阶段,神舟飞船在轨时间变长,运行轨道受空间站轨道设计影响,以是它的高度转变局限较大,不见得是从一个牢靠高度返回。

高度转变,意味着飞船返回着陆点局限可能会转变较大,主要体现在器械偏向上。东风着陆场位于沙漠区域,它的整个器械偏向的宽度更大,且多数属于无人区或者说是一个相对平安的区域,下降更具可控性和便利性。

北斗导航终端准确定位飞船位置,测控站全程监视飞船航行,光学装备和雷达跟踪预告轨迹

问:若何确保飞船下降在可控区域内?我们可以准确判断下降点吗?

杨宇光:飞船接纳半弹道式方式返回,整体受控,具有理论落点。然则,飞船再入大气层的历程中受到种种扰动,大气层密度、高空风场都市对飞船轨迹发生影响。当飞船下降伞打开后,风的影响还会更大。

但这不代表飞船着陆不能控。返回着陆是一个系统工程,需要多方面配合,地面的着陆场系统、测控系统都要举行许多事情,海内外的多个测控站全程监视飞船航行,光学装备和雷达跟踪预告轨迹。

问:神舟十二号上有没有定位装备?我们是不是可以随时得知飞船的“实时位置”?

杨宇光:飞船上有北斗的导航终端,在空间轨道运行时可以准确给出它的位置和速率。不外,在飞船再入大气层历程中,有一段导航是不起作用的,我们称之为“黑障区”。适才提到过,再入历程摩擦猛烈发生高温,高温会使飞船外面的防热质料烧蚀,形成带电的等离子体鞘,它能屏障无线电波,地面与飞船之间的无线电通讯便中止了。不只是神舟飞船,任何航天器在返回地球时都市泛起这种征象。随着飞船速率降低,温度降低,等离子体鞘排除,通讯也就恢复了,地面可以实时得知飞船位置和速率。固然,纵然在“黑障区”,我们也可以用雷达去亲热监视飞船。

落地后,导航终端依然有用,搜救职员可以获知飞船坐标。在准确预告的条件下,地面搜救团队才气在飞船落地后快速到达落点。飞船上也有无线电信标以及闪光灯来辅助搜救职员找到飞船。

与嫦娥五号差异,神舟飞船返回需着重思量人的平安

问:去年嫦娥五号携月壤返回地球,人人也都稀奇关注。神舟飞船载人返回的历程和嫦娥返回的历程一样吗?

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杨宇光:差异很大,最大的差异在于神舟飞船是载人返回,需着重思量人的遭受能力和平安问题;嫦娥五号没有人,难点在于返回速率快,受力受热更严重。

飞船在腾飞和返回阶段有加速率,加速率对照大时,就会泛起过载征象,即人要遭受相当于身体几倍的重量。一样平常来说,神舟飞船返回时,它的过载不会跨越航天员身体重量的3到5倍,但航天员在离心机上训练时要遭受8倍体重的荷载,这是由于一旦泛腾飞船需紧要返回的情形,加速率会更大,航天员遭受的重量也会更大,因此平时训练的强度一定要比实战情形大,以防万一。

嫦娥五号返回器内里没有人,不需要思量这些问题,但它的难点在于返回速率更快,到达约11公里每秒(靠近第二宇宙速率),因此受到的阻力和热量也比神舟飞船大得多,以是我们需要验证这个要害手艺,这也是为什么我们在嫦娥五号义务之前,还举行了嫦娥五号T1(再入返回航行)试验义务,验证防热等性能是否可靠。

嫦娥五号还接纳了“半弹道跳跃式返回”(俗称“吊水漂”)方式。返回器不是进入大气后一直下降,而是进入大气层一定“深度”并滑行一定距离后再行使自己的升力“漂”出去,然后再进入大气层返回地球。这样有两点利益:一是航天器两次再入大气层,航天器受到的气动力和气动加热比一次直接进入小得多;二是通过半升力控制实现对航行轨迹的控制,这样就可以在更大局限内准确调整着陆点。未来,若是要举行载人登月义务,那返回阶段就相当于要把神舟飞船的返回手艺和嫦娥五号的返回手艺做一个连系,能力再举行提升。

航天员在轨做好体能准备,重返地球有重力顺应历程

问:我们看航天员出舱一样平常都是被“抬”出来,这是为什么呢?在太空里生涯了三个月,回家是不是也有一个顺应历程?

杨宇光:我们经常看到神舟十二号三位航天员在太空磨炼,要么在跑步机上跑步,要么蹬自行车。这是必须的,不能“偷懒”。我们在地球上,天天受重力影响,骨骼和肌肉都能受到 *** ,而航天员耐久在太空的微重力环境下生涯,肌肉和骨骼不再受到重力 *** ,肌肉会不停萎缩,骨钙也会丢失,因此必须坚持磨炼身体,保证肌肉骨骼的康健。

航天流动早期,人们对这一征象并没有太深刻的熟悉,航天员回到地球后就马上出舱门了。到了70年月后期,航天员在轨时间越来越长,其中“礼炮6号”太空站航天员最多待了100多天,而“礼炮7号”航天员在内里待了200多天。由于对体能问题熟悉不深入,航天员没有举行充实磨炼,回到地球后就变得异常虚弱。厥后人人意识到了这个问题,就增强了航天员在轨时代的磨炼。

即便云云,航天员从耐久的失重环境回到了地球,照样有一个重力顺应的历程。以是我们看到,无论是外洋的“同盟号”飞船照样我们的神舟飞船,返回地球以后,航天员都要在座舱内里举行重力再顺应,凭证差异人的体质条件和反映情形,时间可长可短。固然,航天员并非不会“走”,若是泛起紧要情形,好比下降在水面或者其他非正常区域,航天员也是要自救的,而地面职员把航天员抬出来,是出于平安思量。

中国载人航天起步晚但生长快,整体手艺水平到达第四代空间站水平

问:这两年航天流动愈发麋集,卫星发射、行星探测、载人航天工程都在紧锣密鼓地举行。我国建设空间站,对未来开展航天流动有什么意义?

杨宇光:我国最早的载人航天设计不是现在的921工程,而是上世纪60年月末的曙光一号设计,但受限于那时条件,设计最终作废。到了90年月,随着经济实力和科技实力的提升,我国具备了响应条件,载人航天工程重新启动。工程之初,目的就很明确,是要行使载人航天开展科研流动。与发射种种科学卫星纷歧样,载人航天是施展人的主观能动性,也就是让航天员在太空举行科研,那最好的平台是什么?就是适合航天员耐久事情生涯的空间站。现在,我们已经经由了要害手艺攻关和验证阶段,现在是“着花效果”的时刻了。

载人航天并不属于经济效益快速直接的航天流动,它不像通讯卫星、导航卫星和遥感卫星,直接服务于国民经济,已经发生客观的经济效益,载人航天和深空探测的价值更多体现在功效转化上。好比,尿液网络装置功效转化为“尿不湿”,这还只是很小的例子,更多的是一些更长线、更间接的功效转化,需要对照长的周期,然则整个效益和回报率异常高。我们建设航天强国,一定要开展载人航天和深空探测流动,它对于整个航天产业、高手艺产业甚至于整个国家的国民经济都有异常重大的牵引作用。

问:中国空间站和早期外洋的空间站、现在的国际空间站相比,有何特点和亮点?中国载人航天起步对照晚,然则生长对照快,尺度也对照高,背后有何缘故原由支持?

杨宇光:到现在为止,空间站已经生长了四代。70年月初,前苏联的礼炮1号到礼炮5号,以及1973年美国发射的天空实验室1号,都是第一代空间站,特点是只能对接一艘飞船,航天员只能短期驻留。

到了70年月,礼炮6号和礼炮7号有两个对接口了,意味着在对接一艘飞船的同时,还可以有另一艘飞船给它送去补给,支持中耐久在轨驻留流动,属于第二代空间站。

和平号空间站是首个第三代空间站,它接纳了模块化设计,和平号空间站焦点舱后续对接了量子1号、量子2号、光谱号、晶体号、自然号等舱段,组合成一个100多吨的重大组合体。

到了1998年,国际空间站第一个模块发射入轨。作为第四代空间站,它接纳了桁架挂舱式结构,即以桁架为基本结构,其他舱挂靠在桁架上。国际空间站由16个国家团结制作运营,重量达400多吨,可以支持大规模科研流动。

中国空间站接纳了类似于第三代和平号空间站的模块化设计,然则它的整个手艺水平和指标到达了第四代国际空间站的水平。好比,问天号和梦天号实验舱接纳了两自由度的太阳能帆板,任何时刻都可以用最高效率来瞄准太阳,获得能量,现在只有国际空间站接纳了这样的手艺。中国空间站照样天下上第一个接纳电推进发念头举行轨道保持的空间站,我们接纳的机械臂手艺也是很先进的。

中国空间站规模适度,相符国情。我国是一个航天大国,正朝着航天强国的目的迈进,但仍是一个生长中国家,资源和经费都有限,400多吨的空间站规模既不现实,也无需要。未来,我们的空间站也是可扩展的,很有可能再增添一个焦点舱,有更多对接口和靠泊口,从而再增添其他舱段,甚至有可能与其他国家开展国际互助,执行更多更大规模的科研义务。

在党的向导下,我们制订了合理的总体蹊径图,一步步扎实前进,少走了许多弯路。我国载人航天工程早在1992年就提出了“三步走”的生长战略,前两步已经实现,现在正在走第三步——制作空间站阶段,整个蹊径异常明确,坚定不移地根据这个蹊径前进,没有泛起蹊径频频、资源虚耗的情形,而且我们遵照了“有所为有所不为”的原则,选择特定的领域举行攻关,以合理的投入获取最大的工程和科学研究回报。c

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