9小時10分!神舟十五號創造新紀錄,中國正式擁有快速返回能力

2023-06-04   彧蔚

原標題:9小時10分!神舟十五號創造新紀錄,中國正式擁有快速返回能力

北京時間2023年6月4日早上6時39分,已在軌飛行186天的費俊龍、鄧清明、張陸三名航天員,在經歷9小時10分鐘後,終於搭乘神舟十五號載人飛船安全返回地球,至此中國天宮空間站在軌建造最後一次飛行任務圓滿完成,後續已順利交接的神舟十六號載人飛船三名乘組,將正式開始開啟中國空間站長期在軌運行任務、並開展更多項航天計劃。

而值得一提的是,此次神舟十五號載人飛船的安全返回,雖然已經是中國成功進行載人航天計劃後,第十次順利實施載人航天發射計劃。但在此次神舟十五號載人飛船的安全返回過程中,卻已經悄然的驗證了兩項新的技術、且雙雙創造新紀錄,為中國後續載人航天發展提供先決條件優勢。

一、刷新記錄!神舟十五號「再次成功驗證」載人快速返回技術

載人飛船發射入軌後,需要多次繞地球運轉,並不斷調整自身運行軌道,並最終和預定交會對接目標實現同軌道飛行後完成「交會對接」任務。同樣載人飛船執行完在軌航天任務,需要返回地球時,也需要歷經分離、變軌、重入大氣層、平穩著陸這幾個流程,在這幾大流程中,載人飛船同樣需要不斷降低自身軌道高度、調整軌道運行方向,並最終進入到預定返回軌道後重入大氣層。

那在飛船不斷降低軌道,重返大氣層的過程中,由於飛船需要降落到預定著陸場,但飛船在軌運行速度非常快,飛船需要在軌繞地球很多圈,才能準確無誤的切入到最合適的時機重返大氣層。所以早期不管是美俄,還是我國的載人飛船在返回地球時,從飛船分離到安全返回,往往都需要三四十小時才能完成,其中大部分時間都耗費在了飛船機動降軌、切入返回軌道上面。比如在神舟十三號載人飛船安全返回之前,我國神舟載人飛船從分離到安全返回地球,往往需要近30小時。

這麼長的返回時間不僅增加了返回難度,而且在需要緊急撤離返回時,所需較長時間也難以滿足緊急撤離返回標準。所以從神舟十三號載人飛船開始,我國通過調整軌道參數、改變飛船返迴路線等方式,將神舟載人飛船安全返回地球時間,從早前的近30小時成功縮短到9小時14分。

而後在神舟十四號載人飛船返回地球時,我國再次驗證載人飛船快速返回技術,從神舟十四號載人飛船與空間站分離撤退,到安全返回地球全程耗費了9小時08分。而這次神舟十五號載人飛船繼續成功驗證「快速返回技術」後,也標誌著我國已經連續三次成功驗證載人飛船快速返回技術,正式擁有緊急情況下載人太空飛行器快速返回技術。

當然這樣的成績,相比美俄還有一定差距存在,畢竟美國在2022年載人龍飛船第四次執行任務返回時,從脫離到安全濺落,全程最快返回記錄是4小時50分;而俄羅斯最近一次載人快速返回任務中,MS-19載人飛船從與國際空間站分離,到安全降落地球全程只用了4小時7分鐘。

究其原因就在於俄羅斯進行快速返回次數已經很多次了,技術非常成熟,聯盟飛船脫離後,只需要繞地球兩圈就會減速制動進入大氣層,而我國的神舟載人飛船早期需要繞地球11圈尋找最合適切入大氣層時機,而從神舟十三號開始已經將繞圈圈數從11次縮短到5次,返回時間也從早前的二十多小時縮短到9小時左右,相信後面隨著快速返回技術的成熟,以及返回軌道參數的不斷優化,我們也能將快速返回時間,縮短到更短、甚至達到三個小時左右不成問題。

二、神舟十五號飛船首次新增「後彈道返回搜救區域」

在6月3日下午,中國載人航天辦公室對外宣布神舟十五號載人飛船返回時間時,同步對外公開了神舟十五號載人飛船此次返回時,將首次新增「後彈道返回搜救區域」技術,很多人對此不是很明白,甚至完全不了解,畢竟後彈道返回搜救技術,縱觀全球範圍內,國際空間站也就只使用過三次而已。

載人飛船或返回式衛星在返回地球時,按照返回方式和所使用的的技術方案,主要分為「彈道式返回、半彈道式返回和滑翔式返回」三大類。

最早時期的載人飛船使用的就是彈道式返回,這種返回方式快速簡單、但返回過程中氣動干擾大、著陸精度差,所以在美俄正式開始載人航天后,就迅速用穩定性更高、著陸精度更高、舒適性更高的單彈道式返回技術,全面替代了彈道式返回技術。其相比彈道式返回技術,半彈道式返回技術最大的特點是可以藉助大氣層對返回艙產生的「氣動升力」優勢,實現快速減速、平穩著陸、並精準控制著陸地點的多重優勢。

可以說過去半個多世紀內,全球載人航天這麼幾十年間,成功進行過載人航天的中美俄,在飛船返回地球時,使用的都是「半彈道式返回技術」。而滑翔式返回技術像我國早期發射的「返回式衛星」使用的都是滑翔式返回技術,特點是減速效果明顯,不需要非常複雜的減速著陸裝置。

而我國這次在神舟十五號載人飛船身上首次驗證的「後彈道返回搜救區域」技術,光是從字面意思上就能明白,所謂的「飛船後彈道返回」指的就是太空飛行器以彈道軌跡返回地球,其與傳統半彈道式返回地球方式不同,半彈道返回重入大氣層後,返回艙需要大量藉助厚重的大氣層實現增升減速,因此飛船自身要有獨立的減速著陸裝置和特定的著陸區域。

而後彈道返回只需要在大氣層再入過程中,精準控制飛船的重入姿態和下落速度,使其不受損失地返回地球即可,甚至緊急時刻不需要獨立的減速裝置和特定的著陸區域也可安全降落,國外很多載人和無人太空飛行器都驗證過太空飛行器後彈道返回方式。

而我國此次安全返回的神舟十五號載人飛船,首次新增驗證的「後彈道返回搜救區域」,具體指的是提前對飛船再入地球軌跡的分析,判斷載人飛船返回艙的具體著陸地點,以此提升我國載人飛船在應對大範圍偏差快速搜救、保障方面確保航天員乘組在任何情況下安全返回地球。

說白了就是之前的半彈道返回雖然穩定可靠,但在距離地面30公里打開降落傘減速這個過程和重返大氣層過程中,受外界空氣影響,載人返回艙的預定返迴路線很可能會出現巨大偏差,繼而導致返回艙實際落點和預定落點距離相差很大,那在返回艙落地後,搜救人員很可能無法以最快的時間抵達現場進行搜救保障航天員乘組的安全。所以這次新增「後彈道返回搜救區域」,就是在通過技術手段更為精準的判斷在任何外界條件下的實際落點在哪?省略大量的搜索時間,保證航天員儘早出艙。