神舟十二號返回艙成功著陸!三位航天員安全順利出艙身體狀態良好

北京時間2021年9月17日13時34分,神舟十二號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸,執行飛行任務的航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波安全順利出艙,身體狀態良好,空間站階段首次載人飛行任務取得圓滿成功。此次是東風著陸場首次執行載人飛船搜索回收任務。12時43分,北京航天飛行控制中心通過地面測控站發出返回指令,神舟十二號載人飛船軌道艙與返回艙成功分離。此后,飛船返回制動發動機點火,返回艙與推進艙分離。返回艙成功著陸后,擔負搜救回收任務的搜救分隊第一時間抵達著陸現場,返回艙艙門打開后,醫監醫保人員確認航天員身體健康。

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神舟十二號載人飛船于6月17日從酒泉衛星發射中心發射升空,隨后與天和核心艙對接形成組合體,3名航天員進駐核心艙,進行了為期3個月的駐留,在軌飛行期間進行了2次航天員出艙活動,開展了一系列空間科學實驗和技術試驗,在軌驗證了航天員長期駐留、再生生保、空間物資補給、出船活動、船外操作、在軌維修等空間站建造和運營關鍵技術。神舟十二號載人飛行任務的圓滿成功,為后續空間站建造運營奠定了更加堅實的基礎。神舟十二號載人飛船由中國航天科技集團五院抓總研制,由軌道艙、返回艙、推進艙三艙構成,是航天員實現天地往返的生命之舟,這是神舟載人飛船執行的第七次載人飛行,歷經三個階段從距離地面300多公里的太空穿越大氣,回到地面。當3名航天員進入神舟十二號載人飛船后,飛船開始與空間站天和核心艙分離,從核心艙前向對接口繞飛至后向對接口,再繞飛至徑向對接口。據五院神舟十二號載人飛船副總設計師邵立民介紹,這是為神舟十三號的徑向交會對接進行在軌技術驗證。在返回飛行階段,軌道艙首先與返回艙、推進艙分離,返回艙、推進艙兩艙組合體通過制動減速降低飛行速度,逐漸被地球引力牽引脫離原有飛行軌道,進入自由滑行階段。之后,推進艙和返回艙分離,返回艙以精確計算的再入角度進入地球大氣,推進艙在穿越大氣層時燒毀。

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神舟十二號返回艙的外形像一個上窄下寬的“大鐘”,通過發動機的姿態調整,以大底朝前的姿態通過升力式返回的方式返回地球。在進入大氣層時,返回艙以數千米每秒的速度與大氣層發生劇烈摩擦,燃起2000多攝氏度高溫的火焰。在降落過程中,氣體和返回艙表面被燒蝕的防熱材料發生電離,形成包裹住返回艙的等離子區,使返回艙與外界的無線電通信極大衰減,造成地面與飛船之間的無線電通信中斷,這段時間被稱為“黑障區”。在這個過程中,地面無法通過任何遙控方式對飛船進行控制,依靠飛行器對狀態進行全自動處理。在距離地面40公里左右的高度時,神舟十二號已經基本脫離“黑障區”,當它繼續減速直到距離地面10公里左右時,返回艙上的靜壓高度控制器通過測量大氣壓力來判斷所處高度,并先后打開引導傘、減速傘和主傘,以此保證返回艙以較為柔和的方式實現多次減速,當飛船即將著陸的瞬間,安裝在返回艙底部的反推發動機進行反向點火,保證返回艙在最后減速至2米每秒以下。與此同時,航天員座椅在著陸前開始自動提升,從而使沖擊的能量被緩沖吸收。五院神舟十二號載人飛船總體飛控負責人楊海峰將這個瞬間描述為“驚心動魄的關鍵時刻”。

亮點1 精測高度 發出信號開啟回家“大幕”

神舟十二號飛船在軌飛行過程中,回收著陸系統只是在返回艙內靜靜守候,直到飛船返回艙穿過大氣層后自由下落至距地10公里高度時,由靜壓高度控制器判斷高度,并發出回收系統啟動信號,回收著陸系統才開始工作。靜壓高度控制器只是程序控制子系統的設備之一,整個程序控制的“幕后成員”還包括回收配電器、火工控制器、程序控制器、行程開關等,它們分工明確,各司其職,就像人類大腦的不同區域,通過發出程序控制指令信號,控制著各執行機構完成規定的彈傘艙蓋拉引導傘、拉減速傘、減速傘分離拉主傘、主傘解除收口、拋防熱大底、轉垂掛等一系列不可逆的動作。

亮點2 逐級開傘 高鐵速度“急剎”到跑步速度

1200平方米的降落傘在飛船返回艙降落時不能一下子全部打開,否則傘會被空氣崩破。五院設計師們為飛船量身定制了一套三級開傘程序,先打開兩個串聯的引導傘,再由引導傘拉出一頂減速傘。減速傘工作一段時間后與返回艙分離,同時拉出1200平方米的主傘。這一系列動作成功將飛船返回艙從高鐵的速度降到普通人跑步的速度。為防止減速傘和主傘張開瞬間承受的力太大,減速傘和主傘均采用了收口技術,也就是說,放慢傘繩從收攏到散開的過程,讓1200平方米的大傘分階段張開,保證整個開傘過程的過載處于航天員體感可承受的范圍。航天員也正因為感受到這一連貫動作的晃動,才能確認回收系統工作正常。

亮點3 火箭反推 返回艙降速實現軟著陸

防熱大底是飛船進入大氣層后的“鎧甲”,等主傘完全打開后一會兒,飛船返回艙就會拋掉這身“鎧甲”,伽馬高度控制裝置開始工作,通過發射γ射線,實時測量距地高度。當飛船返回艙降至距離地面1米高度時,返回艙底部的γ表發出信號,“指揮”飛船返回艙上的4臺反推發動機點火,給返回艙一個向上抬的力,使返回艙的落地速度進一步減小,航天員便可安全著陸。

亮點4 故障預案 充分把握救生機會

由于飛船返回艙在返回過程中處于高速運動的狀態,一旦中途出現故障,外界無法采取營救措施,也不可能將程序暫停或恢復到原位重新開始。因此,回收著陸系統的工作過程只能是由一系列不可逆按時序執行的動作組成。為保證航天員的生命安全,提高回收著陸系統工作的可靠性和安全性,五院設計師們想到了一切可能發生的緊急情況,為回收著陸系統設置了9種故障模式,涉及正常返回、中空救生、低空救生3種基本返回工作程序,采取了備份降落傘裝置、時間控制器、三組高度開關等多種備份措施,以全面保證返回艙在火箭發射段、上升段、正常返回和應急返回段的安全返回與著陸。

亮點5 落點標位 助力搜救快速定位

神舟飛船返回艙安全著陸后,為保證地面搜救系統及時搜索到返回地面的返回艙,除布設一定數量的雷達,跟蹤測量返回艙軌道并預報落點位置外,五院設計人員還為返回艙上安裝了自主標位設備,告訴搜救人員“我在這里”。標位設備以發送目標救援組織規定頻率和格式的無線電設備為主,返回艙落地后,國際救援示位標會發射無線電信標信號,這種信標信號符合國際通用標準,能夠被岸站遍布世界各地的全球海事衛星搜救系統所識別,從而確保搜救人員能夠快速找到返回艙。為方便夜間尋找返回艙,飛船返回艙的“肩部”位置還裝有閃光燈,直升機據此能在夜間發現返回艙。一旦發生意外,返回艙落在茫茫大海里,返回艙底部裝的海水染色劑會緩慢釋放,將附近水面染成亮綠色,持續時間可達4小時,為飛機和救撈船提供引導。

回到地面航天員可以立即和家人團聚嗎?

航天員在太空中長期飛行回到地面后,可以立即回到家和家人團聚嗎?恐怕不能。航天科普專家介紹,航天員回到地面后還有一個身體醫學檢查的過程,以便于后續相關團隊制定他們的恢復方案。此外,按照此前航天員回到地面后的通行做法,他們還需要進行一段時間的醫學隔離。據介紹,醫學隔離其實是對航天員的保護措施。因為在太空中長期生活的航天員由于受太空失重環境的影響,導致體內鈣質流失、免疫力下降,在返回地面時體質一般都比較虛弱。地面上任何一種常見的病毒,都可能對他們形成嚴重的威脅。因此,必須對他們實行嚴格的醫學隔離。至于隔離時間的長短,取決于他們身體恢復的狀況,而這也與航天員在太空生活時間的長短有關。醫學專家表示,在短期飛行中,航天員可能出現定向反應變差、空間錯覺、運動協調障礙、空間運動病等。如果長期飛行,航天員們可能還會面臨肌肉萎縮、骨質疏松、免疫力下降、水和電解質代謝紊亂等風險。