制圖：汪哲平
4月16日上午，神舟十三號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，被稱作“感覺良好”乘組的神舟十三號航天員翟志剛、王亞平和葉光富結(jié)束“太空出差”，回到闊別半年之久的地球，為我國迄今最長一次太空載人飛行畫上圓滿句號。
神舟十三號載人飛船返回，首次采用快速返回模式，使得航天員能夠更快更舒適地安全返回地面。為此，科技人員做了精心設(shè)計和保障。
返回所需時間由11個飛行圈次壓縮至5個
神舟十三號載人飛船不僅是目前我國在軌駐留時間最長的飛船，也成為返回速度最快的飛船。
據(jù)專家介紹，載人飛船返回技術(shù)是建設(shè)空間站的關(guān)鍵和必備技術(shù)，關(guān)乎任務(wù)成敗和航天員生命安全。此次實施快速返回，是為了進一步提高返回任務(wù)執(zhí)行效率，縮短地面飛控實施時間，提高航天員返回舒適度。
和神舟十二號載人飛船相比，此次快速返回并沒有太多技術(shù)升級或改變，依然采用智能自適應(yīng)預(yù)測制導(dǎo)方法。但中國航天科技集團五院技術(shù)人員通過對飛行任務(wù)事件進行合理裁剪和調(diào)整、壓縮操作時間，將返回所需時間由以往的11個飛行圈次壓縮至5個飛行圈次。
神舟十三號飛船從空間站撤離后，首先繞地球飛行5圈，每圈用時大概1.5小時。此前，神舟十二號載人飛船返回時繞飛地球18圈，歷時一天多。
首次快速返回，對著陸場的搜救能力提出更高要求。東風(fēng)著陸場位于東風(fēng)航天城東部，地處西北內(nèi)陸戈壁深處，地域遼闊、人煙稀少，是航天器返回搜救天然著陸場。但著陸場搜索區(qū)域達數(shù)萬平方公里，又有戈壁、沙漠、鹽堿地、水域等多種地形地貌，搜索難度大、橫跨范圍廣。為此，神舟十三號搜救回收隊伍早早投入演練，集結(jié)起搜救空中分隊、地面分隊、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保等各方面力量，并在搜救回收空中、地面分隊中增加一批全新的智能化設(shè)備，保障搜救回收的高效率。
安全返回要控制好3個“度”
神舟十三號載人飛船返回地球可以說是過程復(fù)雜、驚心動魄，要依次經(jīng)過軌返分離、推返分離、再入大氣層、過黑障區(qū)、開降落傘、開著陸反推發(fā)動機等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，返回過程還要經(jīng)歷嚴(yán)酷空間環(huán)境和軌道條件的考驗。通過科技人員控制好3個“度”，神舟十三號飛船最終穩(wěn)穩(wěn)落地。
速度控制要恰到好處。神舟飛船在軌道上運行的速度大約為7.8千米/秒，接近第一宇宙速度。如此快的速度下，要確保航天員的安全，就必須對返回地球后的最終著陸速度進行控制。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，中國航天科技集團五院技術(shù)人員在飛船研制階段開展大量試驗驗證和數(shù)據(jù)判讀，保證飛船在著陸過程中逐步降低速度，確保飛船順利再入大氣層。之后，返回艙進入大氣層后依靠空氣動力產(chǎn)生的阻力和升力減速，運動至地面附近時打開降落傘，進一步降低速度，著陸瞬間則開啟返回艙底部的著陸反推發(fā)動機，從而將落地速度降低到一定范圍。
溫度控制要適中。當(dāng)返回艙進入大氣層后，與空氣發(fā)生劇烈摩擦，艙體表面局部溫度可達上千攝氏度。為了確保艙內(nèi)溫度依然舒適，飛船控溫的主要手段是依靠防熱結(jié)構(gòu)對艙內(nèi)進行保護。中國航天科技集團五院科研人員在艙體表面設(shè)計了防熱涂層，敷設(shè)有一層燒蝕材料，當(dāng)溫度達到一定程度時燒蝕材料升華脫落，帶走大量熱量，從而降低溫度。
此外，神舟飛船返回對著陸精度要求極高，為使返回艙著陸在指定區(qū)域，必須對飛船著陸點的精度進行控制。中國航天科技集團五院技術(shù)人員通過對神舟十三號飛行過程中速度、角度和方向的精準(zhǔn)控制，使其最終著陸在預(yù)定地點。
“黑障區(qū)”是飛船返回艙進入大氣層后令人揪心的一段旅程。返回艙進入大氣層時，與周圍空氣激烈摩擦，形成一個高溫高壓的電離氣體層，這個氣體層包裹在返回艙表面，隔絕了返回艙與地面測控站之間的通信聯(lián)絡(luò)，形成通信黑障區(qū)。一旦出現(xiàn)問題，會使返回艙偏離預(yù)定的著陸區(qū)域，延誤對返回艙的及時搜索和救援，嚴(yán)重時還會危及飛行安全。
為解決黑障區(qū)的跟蹤測量問題，中國航天科工集團二院科技人員使用自主研制的雷達，從神舟十三號飛船進入大氣層就開始跟蹤測量。
飛船經(jīng)受住10個月穩(wěn)定性考驗，出色完成使命
神舟系列飛船是航天員實現(xiàn)天地往返的生命之舟，由中國航天科技集團五院抓總研制。作為中國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段發(fā)射的第二艘載人飛船，也是駐留太空時間最久的神舟飛船，在神舟十三號載人飛行任務(wù)中，實現(xiàn)了多個首次。
例如，由于空間站組合體有著不同構(gòu)型，前來訪問空間站的航天器和空間站對接時會有不同停靠狀態(tài)。在6個月的太空駐留中，神舟十三號通過與空間站徑向交會對接和分離，驗證了不同交會對接狀態(tài)的可靠性，徑向交會對接技術(shù)是首次驗證。
實際上，神舟十三號載人飛船也完成了首次執(zhí)行應(yīng)急救援發(fā)射待命的任務(wù)。為應(yīng)對在軌?？匡w船無法返回的故障，空間站任務(wù)階段首次建立了應(yīng)急救援任務(wù)模式，采用“滾動待命”策略，即在前一發(fā)載人飛船發(fā)射時，后一發(fā)載人飛船在發(fā)射場待命，通過在軌?？匡w船和發(fā)射場待命飛船共同確保在軌航天員安全。也就是說，當(dāng)神舟十二號發(fā)射升空時，神舟十三號就已在發(fā)射場待命，再從其發(fā)射到如今返回，其實已經(jīng)受了長達10個月的穩(wěn)定性考驗。
（記者 余建斌 吳月輝 谷業(yè)凱 劉詩瑤）
（來源：人民日報）
