1580米误差竟然叫超精准？神舟十五号成功降落，技术难度有多大？
据中国载人航天工程办公室公布的官方消息，北京时间2023年6月4日6时33分，神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。更让人激动的是，这次返程的落点被称赞为超精准，但实际上的落点坐标和雄鹰预测坐标相差1580米。想要预测返回舱的落脚点，难度真的有这么大吗？神舟十五号此次返程时，一共进行了四次预测，最终落点坐标为东经100°03′52″，北纬41°38′07″。第一次预报与落点相距1580米，第二次相距1620米，第三次相距1700米，第四次相距1110米。而这样的成绩，已经算是命中十环的成绩。预测返回舱的落脚点，难度系数这么高，原因则是多方面的。第一，飞船在飞行中的速度太快了。在完成所有的太空试验工作后，宇航员就可以准备返航了。第一件事就是调整飞船的姿势，在相对前进方向逆时针转90°，从纵向飞行调整为横向飞行状态。与此同时，飞船的轨道舱和返回舱开始分离。返回舱分离后，开始进行第二次姿势调整，剩下的两仓组合体，在刚刚的姿态基础上，再次向逆时针方向转90°。经过两次90°的逆时针转向，返回舱此时的航行轨迹，相较于准备返回前，更像是进行了一次掉头。这时推进舱在前，返回舱在后，飞行姿态也从水平飞行，逐渐变成了有一个仰角。动力来源是推进舱的发动机，飞船的高度从399公里，下降到了380公里，飞船一边减速，一边渐渐进入返回轨道。当可以看到东风着陆场位于飞船的轨道平面上时，飞船就可以开始减速返回地球了，而对于返回舱的落脚点预测，也是从这个时候开始的。返回舱在穿过100公里厚的大气层时，速度仍然保持在每秒7.9公里。由于地球有引力，所以在实际下降的时候，速度还会受到重力加速度的干扰，尤其是在高度越低、空气密度越大的地方，返回舱的速度就越快。返回舱一秒钟就能前进七八公里，在这样的超高速度下，只需要0.13秒的时间，就能飞行1公里。所以预测相差距离1580米，确实是命中靶心的水平了。第二，不可避免的黑障由于返回舱在返回地球的过程中速度过快，和空气产生了摩擦，返回舱周围被火焰所包围，底部温度高达几千摄氏度。返回过程中的“黑障”成了不可避免的问题。返回舱在返回时要经历4个阶段，分别是自动减速、大气层外自由滑行，载入大气层以及回收着陆。其中条件最恶劣，最考验技术的阶段是载入大气层这一步骤。随着返回舱距离地面的高度越来越低，空气的密度变得越来越大，返回舱的表面会和大气层产生摩擦，并且由此带来巨大的热量。此时的返回舱，看上去就像一个大火球，返回舱的无线电信号也被火焰所切除，这个阶段被称为无线电的“黑障区”。返回舱出现黑障，一般是从距离地面100公里的高度时出现，在距离地面约40公里的高度时消失。为了解决这一问题，我国将返回舱的信号传输方式从传统的信号线缆转变为了光纤传输，大大减少了任务车辆之间传输的线缆数量，这使得信号传输的速率变得更快。目前经过我国科学家的不断努力，在返回舱穿越黑障区的时间，可以实现稳定追踪，这已经是黑障区跟踪测量难题的一项重大突破。第三，开伞过程返回舱载入大气层，并且渐渐进入空气密度较高的上空时，就需要进一步减速，不然过快的速度带来的惯性，会给宇航员的脊椎带来十分严重的伤害，轻则重度残疾，严重可能会丢掉性命。所以如何减缓冲击，成了保护航天员生命安全的关键。既然没办法踩刹车，那就给返回舱增加阻力，也能实现减速的目的。当返回舱距离地面还有最后10公里的时候，速度已经从最开始载入大气层每秒7.9公里的速度，降低到了每秒200米左右。速度下降到了原有的2.5%，但这个速度还是相当危险。此时返回舱自动打开伞舱盖，引导伞、减速伞相继被拉出，速度也下降到了每秒180米左右。减速伞工作十秒后，会和返回舱分离，主伞被拉出。我们可以将它理解为一个更高级别的降落伞，主伞伞衣面积为1200平方米，相当于三个标准篮球场的面积。此时返回舱的速度，会迅速下降到每秒40米，并变成每秒7米。这些降落伞都是无控伞，会随着风向和风力而产生漂移。在飞船返回地面之前，科学家们会根据气象部门预测的风速、风向等信息，计算降落伞降落过程中的漂移距离和方向，从而调整开伞点，使得飞船落点更为精准。这件事情说起来简单，可做起来却很难。毕竟在这么快速度的情况下，只要是产生了偏差，都会是较大的偏差，像返回舱的初始位置、姿态偏差、气动力系数、返回舱质量等因素，都会对返回舱的落点造成偏差干扰。第四，落地时的助推。当返回舱下降到距离地面只有6公里的时候，原本安装在返回舱底部的隔热罩，会按照预先程序被抛掉，反推发动机此时露出了庐山真面目。在距离地面还有1米的时候，反推发动机会点火启动，给返回舱一个向上的力，使宇航员可以安全落地。此时，一段航空之旅，才算真正结束了。参考资料：[1] 环球网《「环时深度」神十五乘组凯旋，哪些“神器”护航？》2023-06-05[2] 科普广州《神舟十五返航！飞船返回时会烧毁，发射时为什么不会？》2023-06-14[3] 中国新闻网《最后一米有多重要？“数”看“神舟十五号”返回舱着陆》2023-06-04
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