神舟十八号飞船的返航进入倒计时阶段了!自2024年4月25日发射升空至今,神舟十八号飞船已经在轨飞行接近190天时间,成为了我国到目前为止在轨飞行时间最长的神舟载人飞船。在此之前,神舟十五号飞船是在轨时间最长的一次飞行任务,当时在轨飞行时间超过186天时间。
按照计划,叶光富、李聪和李广苏这3名航天员将会在11月4日乘坐神舟十八号飞船返回地球,从中国空间站撤离后,飞船就会进行一系列的操作,最后在东风着陆场着陆。在11月1日凌晨,东风着陆场组织了所有的搜救力量开展了最后一次全系统综合演练,现在他们已经做好了准备,已经具备执行搜救任务的条件,静候神舟十八号飞船的回家。
和之前的几艘神舟载人飞船一样,神舟十八号飞船将会继续采用快速返回的方案,从中国空间站撤离后,神舟十八号还要环绕地球飞行大约5圈,整个过程大约需要7.5小时,而返航的过程涉及到飞船的制动减速、离轨、舱段分离、再入大气层、打开降落伞减速、反推发动机缓冲等多个阶段,整个着陆的过程耗时大约50分钟。
从飞船返航的过程,我们可以看到飞船从外太空返回地球时不仅仅是减速那么简单,实际上是非常复杂的,任何一个环节出现问题,都可能会出现问题。而且,整个返航的过程是惊心动魄的,面临4大考验。
第1个大考验,那就是飞船返航的过程是不可逆的,有着非常复杂而密集的动作流程,每一个动作的时间都非常短暂,如果有一个动作出现问题的话,控制人员需要立即进行处置,不然后果不堪设想。
例如飞船调整姿态后会启动推进舱的发动机进行制动减速,降低飞船的速度从而降低飞船的飞行轨道高度,如果在这个过程中发动机没法启动的话,或者启动时间太长的话,都可能会出现问题。
第1个大考验,就是经受近2000℃高温的灼烧。不管是卫星还是探测器或者是载人飞船、空间站、货运飞船,它们在环绕地球飞行时速度都相当快,需要接近地球第一宇宙速度才行,也就是接近7.9公里每秒,只有达到这么快的速度,这些航天器才能长时间保持足够高的轨道高度环绕地球飞行,而不是马上坠落到大气层烧毁。
当飞船结束飞行任务返回地球时,先通过推进舱的发动机进行减速,降低了飞行速度,它的飞行高度也会随之下降。当下降到100公里左右时就会开始进入大气层,也就是穿过了那个“卡门线”。由于此时返回舱的速度还相当快,而空气密度会越来越大,飞船外部的气动加热效应很强烈,在和大气剧烈摩擦的过程中,飞船外部温度就会急剧上升,超过1000℃。
我国研制的神舟载人飞船返回舱看起来就像是一个上面窄下面宽的一个大钟,在返航的过程中,会始终保持大底朝前的姿态,而返回舱底部安装了一个防热大底,能够承受超过2000℃高温的灼烧,从而保护返回舱不被高温烧毁。虽然返回舱能够承受这么高温的灼烧,但是飞船返回舱再入大气层的迎风面会被烧得比较严重,好像被烧得面目全非那样,而背风面相对来说烧得就比较轻。
这其实就是一个巨大的考验。要知道,那些卫星、探测器、火箭残骸、货运飞船或者其他航天器残骸在重返大气层时,都会直接在大气层中剧烈燃烧,然后化为灰烬,这说明了返航过程是非常惊险的。如果返回舱的防热大底、烧蚀材料承受能力不够强的话,返回舱可能就会被烧毁。
我国已经进入载人航天时代20多年时间了,在过去这20多年时间内,我们先后发射了很多神舟载人飞船去执行飞行任务,也发射了2个探测器去月球取样返回地球,全部任务都取得圆满成功。这其实也证明了我国在这方面的技术已经非常成熟、非常可靠,非常安全,即使返回舱外部温度接近2000℃,但是飞船内温度却很舒适,大家不需要担心。
第3大考验就是黑障区。因为飞船在返航过程中经受高温的灼烧,在这么高温的灼烧下,返回舱外表的烧蚀材料和气体会发生电离,从而在飞船返回舱外部形成一个等离子区,将返回舱包裹着。这时候飞船返回舱和外界的通讯会受到影响,导致飞船和地面之间的无线电通讯短暂中断,也就是短暂失联,没有信号。
由于在黑障区没法接收到来自返回舱的信号,地面也没法向返回舱发射信号,所以地面工作人员没法干预飞船返回舱的飞行情况,不过飞船返回舱也不会出现失控等情况。因为返回舱内有一个自主控制系统,会根据自己计算出来的导航位置以及姿态等信息来进行自主控制。飞船内的航天员也可以根据实际的情况进行操作。当飞船下降到大约40公里时,就会基本上穿过了这个所谓的“黑障区”,和地面的通讯就会再次恢复。
这时候飞船会继续下降高度,由于返回舱本身的体积不大,所以依靠自身气动来减速显然是不可能安全着陆的,毕竟下降速度太快了。所以,当返回舱下降到大约还有10公里时,就会打开引导伞,通过引导伞把减速伞拖出来,最后再把主伞打开。主伞的面积高达1200平方米,可以让飞船返回舱速度下降到7-8米每秒。在伞降的过程中还会抛掉返回舱底部的防热大底,将底部的反推发动机裸露出来。
返回舱如果直接以7-8米每秒的下降速度着陆的话,冲击力会比较大,所以返回舱还要进行一次减速才行。当返回舱下降到距离地面还有1米时,底部的反推发动机就会同时启动,让返回舱以1-2米每秒的速度实现安全着陆。由于是在即将着陆的那一瞬间启动反推发动机的,强大的推力会掀起地面的灰尘,所以飞船着陆的时候现场会烟尘滚滚。
第4大考验就是夜间返航搜救工作困难。神舟十八号飞船是在凌晨着陆的,当前是11月初,月光极为微弱,着陆场现场几乎没有月光,而且夜间温度会比较低。在这样的情况下发现飞船返回舱是比较难的,直接靠目视是看不到返回舱的,必须要借助各种先进设备来寻找返回舱。
而且,由于是夜间返航,搜救队伍抵达现场也面临一些困难,像直升机降落时,会掀起地面的沙尘,这也会挡住飞行员的视线,降落风险比较大。
最重要的是,在严寒的深夜着陆,对现场的保障要求很高,一方面需要有大量照明设备才能让着陆场明亮起来,只有足够明亮,搜救等工作才能更好地开展。另一方面,避免航天员受寒,着陆场方面需要准备好各种御寒物资,要尽快协助航天员出舱,让他们吃上热饭、喝上热水等。
总的来说,神舟十八号飞船在夜间返航,不仅是对航天员有巨大的考验,对着陆场其实也是具有很大的挑战性的。不过之前神舟十四号飞船也是在夜间返航的,东风着陆场已经有了这方面的经验,在这次搜索任务中,着陆场的工作人员也对搜寻方案等方面进行了改进,可以大大提高搜寻效率。