9小时10分!神舟十五号创造新纪录,中国正式拥有快速返回能力

2023-06-04   彧蔚

原标题:9小时10分!神舟十五号创造新纪录,中国正式拥有快速返回能力

北京时间2023年6月4日早上6时39分,已在轨飞行186天的费俊龙、邓清明、张陆三名航天员,在经历9小时10分钟后,终于搭乘神舟十五号载人飞船安全返回地球,至此中国天宫空间站在轨建造最后一次飞行任务圆满完成,后续已顺利交接的神舟十六号载人飞船三名乘组,将正式开始开启中国空间站长期在轨运行任务、并开展更多项航天计划。

而值得一提的是,此次神舟十五号载人飞船的安全返回,虽然已经是中国成功进行载人航天计划后,第十次顺利实施载人航天发射计划。但在此次神舟十五号载人飞船的安全返回过程中,却已经悄然的验证了两项新的技术、且双双创造新纪录,为中国后续载人航天发展提供先决条件优势。

一、刷新记录!神舟十五号“再次成功验证”载人快速返回技术

载人飞船发射入轨后,需要多次绕地球运转,并不断调整自身运行轨道,并最终和预定交会对接目标实现同轨道飞行后完成“交会对接”任务。同样载人飞船执行完在轨航天任务,需要返回地球时,也需要历经分离、变轨、重入大气层、平稳着陆这几个流程,在这几大流程中,载人飞船同样需要不断降低自身轨道高度、调整轨道运行方向,并最终进入到预定返回轨道后重入大气层。

那在飞船不断降低轨道,重返大气层的过程中,由于飞船需要降落到预定着陆场,但飞船在轨运行速度非常快,飞船需要在轨绕地球很多圈,才能准确无误的切入到最合适的时机重返大气层。所以早期不管是美俄,还是我国的载人飞船在返回地球时,从飞船分离到安全返回,往往都需要三四十小时才能完成,其中大部分时间都耗费在了飞船机动降轨、切入返回轨道上面。比如在神舟十三号载人飞船安全返回之前,我国神舟载人飞船从分离到安全返回地球,往往需要近30小时。

这么长的返回时间不仅增加了返回难度,而且在需要紧急撤离返回时,所需较长时间也难以满足紧急撤离返回标准。所以从神舟十三号载人飞船开始,我国通过调整轨道参数、改变飞船返回路线等方式,将神舟载人飞船安全返回地球时间,从早前的近30小时成功缩短到9小时14分。

而后在神舟十四号载人飞船返回地球时,我国再次验证载人飞船快速返回技术,从神舟十四号载人飞船与空间站分离撤退,到安全返回地球全程耗费了9小时08分。而这次神舟十五号载人飞船继续成功验证“快速返回技术”后,也标志着我国已经连续三次成功验证载人飞船快速返回技术,正式拥有紧急情况下载人航天器快速返回技术。

当然这样的成绩,相比美俄还有一定差距存在,毕竟美国在2022年载人龙飞船第四次执行任务返回时,从脱离到安全溅落,全程最快返回记录是4小时50分;而俄罗斯最近一次载人快速返回任务中,MS-19载人飞船从与国际空间站分离,到安全降落地球全程只用了4小时7分钟。

究其原因就在于俄罗斯进行快速返回次数已经很多次了,技术非常成熟,联盟飞船脱离后,只需要绕地球两圈就会减速制动进入大气层,而我国的神舟载人飞船早期需要绕地球11圈寻找最合适切入大气层时机,而从神舟十三号开始已经将绕圈圈数从11次缩短到5次,返回时间也从早前的二十多小时缩短到9小时左右,相信后面随着快速返回技术的成熟,以及返回轨道参数的不断优化,我们也能将快速返回时间,缩短到更短、甚至达到三个小时左右不成问题。

二、神舟十五号飞船首次新增“后弹道返回搜救区域”

在6月3日下午,中国载人航天办公室对外宣布神舟十五号载人飞船返回时间时,同步对外公开了神舟十五号载人飞船此次返回时,将首次新增“后弹道返回搜救区域”技术,很多人对此不是很明白,甚至完全不了解,毕竟后弹道返回搜救技术,纵观全球范围内,国际空间站也就只使用过三次而已。

载人飞船或返回式卫星在返回地球时,按照返回方式和所使用的的技术方案,主要分为“弹道式返回、半弹道式返回和滑翔式返回”三大类。

最早时期的载人飞船使用的就是弹道式返回,这种返回方式快速简单、但返回过程中气动干扰大、着陆精度差,所以在美俄正式开始载人航天后,就迅速用稳定性更高、着陆精度更高、舒适性更高的单弹道式返回技术,全面替代了弹道式返回技术。其相比弹道式返回技术,半弹道式返回技术最大的特点是可以借助大气层对返回舱产生的“气动升力”优势,实现快速减速、平稳着陆、并精准控制着陆地点的多重优势。

可以说过去半个多世纪内,全球载人航天这么几十年间,成功进行过载人航天的中美俄,在飞船返回地球时,使用的都是“半弹道式返回技术”。而滑翔式返回技术像我国早期发射的“返回式卫星”使用的都是滑翔式返回技术,特点是减速效果明显,不需要非常复杂的减速着陆装置。

而我国这次在神舟十五号载人飞船身上首次验证的“后弹道返回搜救区域”技术,光是从字面意思上就能明白,所谓的“飞船后弹道返回”指的就是航天器以弹道轨迹返回地球,其与传统半弹道式返回地球方式不同,半弹道返回重入大气层后,返回舱需要大量借助厚重的大气层实现增升减速,因此飞船自身要有独立的减速着陆装置和特定的着陆区域。

而后弹道返回只需要在大气层再入过程中,精准控制飞船的重入姿态和下落速度,使其不受损失地返回地球即可,甚至紧急时刻不需要独立的减速装置和特定的着陆区域也可安全降落,国外很多载人和无人航天器都验证过航天器后弹道返回方式。

而我国此次安全返回的神舟十五号载人飞船,首次新增验证的“后弹道返回搜救区域”,具体指的是提前对飞船再入地球轨迹的分析,判断载人飞船返回舱的具体着陆地点,以此提升我国载人飞船在应对大范围偏差快速搜救、保障方面确保航天员乘组在任何情况下安全返回地球。

说白了就是之前的半弹道返回虽然稳定可靠,但在距离地面30公里打开降落伞减速这个过程和重返大气层过程中,受外界空气影响,载人返回舱的预定返回路线很可能会出现巨大偏差,继而导致返回舱实际落点和预定落点距离相差很大,那在返回舱落地后,搜救人员很可能无法以最快的时间抵达现场进行搜救保障航天员乘组的安全。所以这次新增“后弹道返回搜救区域”,就是在通过技术手段更为精准的判断在任何外界条件下的实际落点在哪?省略大量的搜索时间,保证航天员尽早出舱。