我们的太空，太空不再高冷 知乎走近你我 阅读原文 【20210916 追更】神舟十二号载人飞船撤离空间站组合体 北京时间 2021 年 9 月 16 日 8 时 56 分，神舟十二号载人飞船与空间站天和核心舱成功实施分离。截至目前，神舟十二号航天员乘组已在空间站组合体工作生活了 90 天，刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。分离前，航天员乘组在地面科技人员的配合下，完成了空间站组合体状态设置、实验数据整理下传、留轨物资清理转运等撤离前各项工作。 【20210914】过程如何？搞懂神舟十二号载人飞船返回着陆的 7 件事（原创工程版，有点长，慢慢看），就明白了。 自 2021 年 6 月 17 日发射升空以来，神舟十二号任务的 3 名航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波，即将圆满完成在轨 90 天的驻留任务，过程中相继完成了进驻、货船及核心舱物资收纳管理、在轨设备开机调试状态设置试验、两次出舱活动安装了全景相机支架及安装了扩展泵组、大量的在轨科学实验仪器设备展开试验、身体健康及医学监测等任务，经评估，全部预定任务超额完成，即将进入任务的返回着陆段工作。载有“太空 3 人组”的太空老帅航天员的返回舱即将要返回地球·中国·酒泉！（飞船的主着陆场是酒泉东风着陆场。) 载人飞船的返回着陆技术，是载人航天工程的 3 大关键技术之一。 这其中，知道了以下七方面的内容，会有助于更好的理解整个极具挑战、惊心动魄的航天员及载人飞船返回着陆过程。 第一件事：航天员和载人飞船返回着陆到底是个什么样的过程，何时开始？何时结束？ 阶段划分？ 将大象放到冰箱需要 3 步，航天员从天和核心舱返回着陆回到酒泉主着陆场，技术上需要五个步骤（阶段）。 分离撤离； 制动离轨； 惯性滑行； 再入大气层； 着陆。 1 分离撤离段 确定归期后，航天员开始撤离前的各项准备工作： 物品的转移和整理， 天和舱设备状态设置， 神舟十二号载人飞船设置， 货船设备舱门设置， 天和核心舱舱门设置， 货运飞船与核心舱对接通道泄压， 关闭货船舱门， 关闭天和舱舱门， 关闭节点舱舱门， 航天员进入神舟十二号，穿舱内压力服， 关闭神舟十二号轨道舱前舱门， 对接通道泄压， 关闭神舟十二号返回舱舱门 然后分离！！！ 2 制动离轨段（~400 公里，一般在 15 圈左右） 这次的神舟十二号飞船具备从不同高度轨道返回着陆场的能力。神舟团队对返回轨道进行了适应性设计，使载人飞船返回高度从固定值调整为相对范围，并改进返回算法，提高载人飞船返回适应性和可靠性哟。 神舟飞船标准模型 请先看图，然后看下文...... 飞船通过调姿、制动、减速，从原飞行轨道进入返回轨道的阶段称制动离轨段。 第一次调姿：返回前，飞船首先要调整姿态，使飞船在水平方向逆时针转动 90°，由轨道舱在前、返回舱居中、推进舱在后的状态变为横向飞行状态，这是飞船的第一次调姿。 轨返分离：轨道舱与返回舱以每秒 1～2 米的相对速度分离。此时，飞船变成了推进舱和返回舱的组合体。 第二次调姿：在接收到轨道舱与返回舱分离压点开关闭合信号后，数管将返回时设置成零秒，程控与遥控发第二次返回调姿指令，GNC 控制返回－推进舱绕偏航轴继续逆时针转 90°；正常情况下 GNC 在制动开始前１s 进行导航计算，GNC 设置返回时为零秒。直白的说是：两舱组合体继续逆时针转过 90°，变成推进舱在前、返回舱在后的飞行状态，同时再调整俯仰角达到制动要求，这是飞船的第二次调姿。 减速变轨：程控按地面注入时间发动变轨发动机 A1、A3 点火工作，遥控开机由地面判发；GNC 按速度增量关机，程控按地面注入时间关机，遥控关机由地面判发。直白的说是：飞船推进舱上的发动机点火工作，产生与飞船飞行方向相反的作用力，使飞船飞行速度降低，从而脱离原飞行轨道进入返回轨道，这个制动过程可比喻为“刹车”。 3 惯性滑行阶段（~145 公里） 飞船从离开原运行轨道到进入大气层之前，空气阻力很小，主要是在地球引力的作用下呈自由飞行状态，因此，这个阶段称为惯性滑行段或者自由下降段。在这个飞行阶段，飞船按照计划要完成推进舱分离、建立再入攻角姿态等重要飞行事件。 即：飞船制动结束后，进入惯性滑行飞行，（飞行时间约 16 分钟，有地面测控区覆盖）；当飞行高度降低至约145 公里高度时，开始进行返回舱与推进舱的分离程序；两舱分离后，GNC 消除返回舱姿态分离干扰，建立并保持再入飞行所需的配平姿态。 推返分离：最后一圈时，推进舱和返回舱按计划分离，由于飞船上的图像是通过推进舱天线发回的，因此抛掉推进舱后，飞船图像将会中断。当地面光学设备再次捕获返回舱图像后，地面才会重新获取。同时，推进舱再入大气层后烧毁。 再入攻角建立：返回舱建立正确的再入姿态角（速度方向与当地水平面的夹角）是一项重要的工作，这个角度必须精确地控制在一定的范围内，如果角度太小，飞船将从大气层边缘擦过而不能返回；如果角度太大，飞船返回速度过快，将像流星一样在大气层中被烧毁。 4 再入段（~100 公里） 从返回舱进入稠密大气层到其回收着陆系统开始工作的飞行阶段称为再入段。 此阶段 GNC 开始再入升力返回控制，直至 20km 高度结束；升力控制结束后，GNC 使返回舱的倾侧角保持为 0°（Ⅲ象限朝上），俯仰、偏航通道按速率阻尼模式稳定，直至 10km 高度开伞点，在飞行高度约 50km 时 GNC 给回收加电，数管按照规定时间给回收加电，航天员根据提示手动给回收加电。（判据：当返回舱轴向过载达到规定指标时，返回舱实施升力控制，使返回舱过载不超出航天员所能承受的范围，并且用升力控制来控制返回舱落点位置，使返回舱返回预定着陆场。） 直白的说：再入大气层的高度一般为 80～100 千米。返回舱进入稠密大气层后，承受气动加热和再入过载，是返回过程中环境最为恶劣的阶段。随着高度的降低，空气密度越来越大，返回舱迎风面与空气剧烈摩擦，飞船表面和大气层摩擦产生巨大热量，使其底部温度高达数千摄氏度，返回舱周围被火焰所包围，在飞船表面形成高温等离子气体层，并对电磁波造成强烈的屏蔽效应，因此，接收不到地面发送的无线电信号，地面也接收不到返回舱发送的无线电信号，这个区域被称为无线电“黑障区”。 这个区域的飞行高度约是 80 公里~35 公里，飞行时间约 240 秒。直到距离地球约 35 公里处，黑障消失，地面测控部门重新捕获飞船。 5 着陆段（~10km） 返回舱从打开降落伞到着陆这个过程称为着陆段。 当返回舱降落至约 10km 高度时，回收着陆分系统的静压高度表（第Ⅰ组）接通回收着陆程序Ⅰ。 接着，后弹掉主伞舱盖，拉出引导伞、减速伞，然后拉出主伞，拉出 HF 天线，短波通信机开始工作；使返回舱的速度缓缓下降，随着高度的降低和速度的减小，返回舱所受到的气动阻力与地球引力渐趋平衡，此时，返回舱的下降速度是大约每秒 0.2 公里的均速下降； 着陆搜寻信标机（243MHz）在出现黑障后即开始工作。 然后，抛掉防热大底， 随后主伞改为垂直吊挂，同时进行剩余推进剂耗尽及贮箱、推进剂管路吹除，贮箱与推进剂管路中的残留推进剂用增压氦气瓶中的剩余气体吹除干净，以防在着陆冲击下管路或密封损坏时推进剂漏入返回舱内；之后，排放环控生保分系统的高压氧； 返回舱下降至约 10 米高度时，γ高度计发出返回舱离地面 10 米信号； 下降至高度约 1~2 米时，由γ高度计发出点燃着陆反推发动机信号，返回舱减速着陆； 数管分系统依据着陆时回收着陆分系统程序控制器给出的着陆指令，开始执行一系列的着陆后处理工作程序，完成抛大底上和侧壁上的天线盖、弹出甚高频天线、展开高频天线等程序； 着陆后，闪光灯、着陆搜寻信标机和国际救援示位标（406MHz）给出标位信息； 航天员根据着陆点的状况及风速，决定是否脱掉主伞，如需脱主伞，则由航天员手控发脱主伞指令。然后等待救援回收人员到来。 第二件事：航天员安全着陆三大法宝是：降落伞 反推火箭 缓冲座椅 在神舟飞船返回着陆过程中，降低速度、减缓冲击是确保航天员生命安全的关键。飞船以数千米每秒的速度进入大气层，由于受到大气阻力的作用，速度会迅速下降。到距离地球表面１５公里左右的高度时，飞船所受到的空气阻力大体与飞船自身的重力相当，这时飞船的速度由超音速下降到亚音速，并稳定在２００米／秒左右。 如果飞船以这样的速度冲向地面，返回舱内航天员就如同从１００层高楼上飞身直下，其后果可想而知。这时就必须依靠降落伞将飞船的速度降下来。当返回舱下降到距地面大约１０公里的高度时，返回舱上的静压高度控制器通过测量大气压力判定高度，自动打开伞舱盖，首先带出引导伞，引导伞再拉出减速伞。此时返回舱速度大约为１８０米／秒左右，航天员将会受到很大的开伞冲击力。为了把冲击力减小，减速伞设计为两级充气，先张开一个小口，８秒后待返回舱速度减小到一定程度后，再全部张开。通过减速伞的作用，返回舱的速度下降到８０米／秒左右。 减速伞工作１６秒钟后，与返回舱分离，同时拉出主伞。主伞先也采取两级冲气的方法，先张开一个小口，然后慢慢地全部张开，这时返回舱的下降速度逐渐由８０米／秒减到４０米／秒，然后再减至８米——１０米／秒。 然而，飞船即使是以８米／秒的速度着陆，所受的冲击力可能将航天员的脊柱震断。这时，在飞船即将着陆的一瞬间 -- 飞船距离地面大约１米时，安装在返回舱底部的４台反推火箭点火工作，使返回舱速度一下子降到２米／秒以内。 与此同时，具有缓冲功能的航天员座椅在着陆前开始自动提升。航天员座椅的前端，也就是航天员放置脚的部位固定在一个轴上；座椅的末端，也就是航天员的头部位置，可以在一定范围内上下活动。在飞船着陆前，如果自动提升程序出现故障，航天员也可以通过手工操作将座椅的末端提升２０厘米左右，从而使冲击的能量被缓冲吸收。为了最大限度地吸收冲击的能量，航天员座椅上还铺设了一套根据航天员身材量体定制的赋形缓冲坐垫。 为增加着陆的可靠性，返回舱上除装有主降落伞系统外，还装有面积稍小的备份降落伞系统。一旦主降落伞系统出现故障，可在规定高度应急启用，使返回舱安全着陆。 当然了，还有返回舱的防热设计、GNC 系统等也是非常重要的关键系统。另文介绍。 第三件事：着陆场有啥作用？ 主要任务是为载人飞船返回舱选定安全的返回着陆场区，完成返回舱在返回着陆段的测控通信任务，搜索、寻找着陆后的返回舱，救援航天员，回收返回舱和有效载荷，并提供着陆场区的通信和气象保障服务。由主着陆场、副着陆场、陆上应急搜救、上升段海上应急搜救、通信和航天员医监医保六部分组成。具有测控、搜救、通信和气象保障四大功能。 测控。飞船返回舱距地面４０公里以后的测控是着陆场的任务，目的是测出返回舱的落点，指挥各区域的搜救力量前往搜救。测控细分为四项：一是外测，测量返回舱返回的轨迹，特别是出“黑障”区后的运动轨迹；二是遥测，感知和了解返回舱的运动状态和舱内环境，以及航天员的身体状态；三是遥控，由指挥人员给飞船发出指令，虽然这些指令只有一两条，但都事关航天员生命安全；四是实况监视，利用光学设备来拍摄飞船返回舱出“黑障”区及下降过程中的实况，为指挥中心提供决策依据。 搜救。这是着陆场的主要任务，分正常和应急两种返回状态的搜救模式，应急又分为陆上着陆区和海上溅落区。飞船正常返回概率高，所以搜救力量集中布置在主、副着陆场，主着陆场力量配置要比副着陆场强，主要依靠直升机、地面车辆进行搜救。上升段的海上３个溅落区，主要靠交通运输部救捞局的３艘打捞船进行应急搜救。国内运行段的３个应急着陆区，主要依靠固定翼飞机、伞兵、着陆区附近的直升机、医院等进行联合营救。 通信。分天地通信和跨区通信两种。天地通信是指返回舱出“黑障”区之后，航天员与指挥部门和医监医保医生的通话。跨区通信是由于着陆场区站的搜救力量分布在不同地域，要使它们与北京飞控中心保持通信联系，以便于指令迅速传达到位。场区内部的通信，重点是在主、副着陆场，主要是组织协调联合各部分力量来完成搜救任务。 气象保障。一是主、副着陆场的气象保障，需提前给决策部门提供气象条件，以便尽早决定是采用主着陆场还是副着陆场；二是要提供一系列的预报天气测量数据，并传到北京飞控中心对数据进行分析，了解着陆场风的分布和运动状态，以便及时修正返回舱开伞点，确保返回舱落到理论落点。 第四件事：如何快速找到返回舱 为保证地面航天员搜救系统及时搜索到返回地面的返回舱，除在飞船返回舱迹上布设一定数量的雷达，跟踪测量返回舱轨道并预报落点位置外，返回舱上还配有自主标示自身位置的示位标设备，告诉搜救人员“我在这里”。返回舱上的着陆标位设备以发送国际救援组织规定频率和格式的无线电设备为主，主要有超短波信标、超短波通信设备、国际搜索救援示位标等；为方便夜间寻找返回舱，在返回舱“肩部”位置装有闪光灯，直升机据此能在夜间发现 3-5 千米远的返回舱；当返回舱溅落在海上时，在波浪翻滚的大海里，直径小于 3 米的返回舱更难以发现，为引导飞机和救捞船搜索返回舱，在返回舱“底部”装有海水染色剂，当返回舱溅落水上时，海水染色剂会缓慢释放，将附近水面染成亮绿色，持续时间可达 4 小时。返回舱的主伞伞衣用对比度强烈的同心圆彩带做成，而彩条的颜色组合可以根据飞船返回季节的大地背景进行选择。利用这种与大地背景反差很大的降落伞，可以增大返回舱的空中发现距离。 第五件事：这次返回着陆前的特殊程序验证？ 这次神舟十二号和核心舱分离后，按计划进行载人飞船绕飞和径向交会对接试验,注意，只是验证哟，不是真正的径向对接哟。 示意图（径向对接） 第六件事：过程中哪个时刻是最艰苦的时刻？ 这个问题，航天员刘旺曾经作为解说嘉宾，在神舟九号的返回过程中说过，有三个过程会是比较艰苦的， 第一个，美丽的艰苦，在返回再入的黑障区时，边着陆边欣赏舷窗外的火光四射！ 第二个，激烈冲击的艰苦，开伞时刻，需要提前做好例如腹式呼吸，紧贴座椅缓冲垫等对抗动作！ 第三个，激动的艰苦，即：反推点火着陆后，手动切伞后，如果是悬吊位，将会很难受。 第七件事：如果飞船一旦着陆海上如何搜救？ 目前这种情况是小概率事件，但是应急返回一直在准备。 如果在海上着陆了，目前，根据前几次的飞行实际情况，主要依靠交通运输部救捞局来完成。飞船发射前，各救捞船打开船载超短波定向仪在指定海域待命，当返回舱应急溅落海上溅落区时，北京任务联合指挥所根据落点预报命令救捞船迅速赶往返回舱溅落点搜索返回舱，并及时更新返回舱位置信息，引导救捞船接近返回舱，将返回舱整舱打捞至船甲板并固定后，由医监医保人员根据航天员状态决定出舱方式，并协助航天员出舱。针对高、低海况，早在 2002 年就组织 20 多家单位进行了海上返回舱漂浮、航天员耐受力和搜索打捞综合试验，2018 年还组织了有国际航天员参加的海上着陆返回救生训练。自主设计的拦截臂打捞网在高海况条件下，能够完成拦截、打捞、起吊、固定等工作，从而快速有效地救援航天员。 我国在国内外设立了若干个应急着陆区，每个着陆场区都有相应的应急搜救预案和搜救力量。在出现极端特殊情况时，飞船可能选择国外应急着陆，将依据国际航天救援合作有关规定，落点所在国有责任和义务并本着人道主义精神帮助我们搜索返回舱、救援航天员，与此同时，国内还派出境外应急搜救及后续处理工作组，负责实施境外的后续相关工作，确保航天员平安回家。 附录： 神舟五号的返回时序表（实际时间） 10 月 16 日 5 时 35 分，北京航天指挥控制中心成功向正在太空运行的神舟五号载人飞船发送返回指令。按照程序，飞船将在建立返回姿态后，经过返回制动、轨道舱与返回舱分离、推进舱与返回舱分离等一系列太空控制动作，开始返回内蒙古主着陆场。 10 月 16 日 5 时 36 分神舟五号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。返回舱与推进舱轨道高度不断降低，向预定落点返回。飞船轨道舱将留轨工作半年，开展相关的科学实验。 10 月 16 日 5 时 38 分神舟五号载人飞船制动火箭点火，飞船返回舱飞行速度减缓，轨道高度进一步降低。返回舱向预定着陆场降落。 10 月 16 日 5 时 56 分，在北京航天指挥控制中心的组织指挥下，神舟五号载人飞船返回舱与推进舱成功分离，成功进入返回轨道。飞船返回舱失去动力后，按照升力控制技术向预定着陆场降落。 稍后，布设在新疆和田的活动测量站报告神舟五号载人飞船进入中国国境上空。 10 月 16 日 6 时 04 分，神舟五号载人飞船再入大气层。目前飞船处于“黑障”阶段。 10 月 16 日 6 时 07 分，搜救直升机收到神舟五号载人飞船返回舱发出的无线电信号，机上的搜索人员目视到神舟五号载人飞船返回舱。由 5 架直升机组成的空中搜救分队和 14 台专用车辆组成的地面搜救分队立即从不同的方向迅速向落点前进。 10 月 16 日 6 时许，杨利伟报告身体状况良好。返回舱引导伞已打开。 稍后，杨利伟再次报告身体状况良好。主伞工作正常。 稍后，主着陆区直升机驾驶员目视到飞船降落伞，地面搜索人员看到了降落伞，返回舱主伞已脱落。五架直升机跟踪正常。 10 月 16 日 6 时 28 分，地面搜索人员报告距神舟五号载人飞船返回舱落点 7.5 公里。 稍后，温家宝总理与杨利伟通话，祝贺他顺利返航。 10 月 16 日 6 时 36 分，地面搜索人员找到了神舟五号载人飞船返回舱。 10 月 16 日 6 时 38 分，搜索人员报告，杨利伟身体状况良好。 稍后，杨利伟向人群挥手，正在出舱。 10 月 16 日 6 时 51 分，杨利伟在神舟五号载人飞船舱口向大家招手，神态自若。 10 月 16 日 6 时 54 分，李继耐在北京航天指挥控制中心宣布：神舟五号载人飞船 16 日 6 时 23 分在内蒙古主着陆场成功着陆，实际着陆点与理论着陆点相差 4.8 公里。返回舱完好无损。我们的航天英雄杨利伟自主出舱。我国首次载人航天飞行圆满成功。 神舟十一号的着陆现场 英雄即将凯旋，我们热烈期待！ 阅读原文
