全系統大協同，鋪就航天員安全歸家路

文/ 劉巖 攝/任軍川 劉巖

太空“出差”3 個月，中國航天員回到祖國過中秋佳節(jié)了！

9月17日中午，載著航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波的神舟十二號載人飛船返回艙在中國東風著陸場平穩(wěn)著陸。

由航天科技集團神舟十二號回收試驗隊等單位組成的搜救隊伍及時發(fā)現目標并根據指令快速有序駛向落區(qū)，第一時間抵達返回艙著陸現場。

打開艙門，航天員狀態(tài)良好！

神舟十二號載人飛行任務取得圓滿成功！

多重控制手段確保航天員生命安全

從9月16日一早開始，中國載人航天工程辦公室的微信公眾號頻繁推送消息：

8 時56 分，神舟十二號載人飛船與空間站天和核心艙成功實施分離。分離前，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波在地面科技人員的配合下，完成了空間站組合體狀態(tài)設置、實驗數據整理下傳、留軌物資清理轉運等撤離前各項工作。

13 時38 分，神舟十二號載人飛船撤離后，與空間站組合體完成繞飛及首次徑向交會試驗，成功驗證了徑向交會技術。

……

17日中午，各項調度指令在北京航天指揮控制大廳里陸續(xù)響起，神舟十二號載人飛船返回艙先后與軌道艙、推進艙成功分離，返回艙沿著預先設計的軌道，向中國東風著陸場飛來。

返回的過程有驚無險。距地面約80 千米時，返回艙進入“黑障區(qū)”，地面與返回艙的通信暫時中斷；距離地面約10 千米時，返回艙上的引導傘、減速傘和面積達1200 平方米的主傘相繼打開，返回艙的速度降到8 米/秒左右；距離地面5.5 千米左右時，返回艙拋掉防熱大底；距離地面1 米左右時，返回艙反推發(fā)動機開機，速度降到2 米/秒左右。

直至返回艙平穩(wěn)落地，航天員順利出艙，神舟十二號載人飛船才最終完成使命。

“神舟十二號載人飛船是運輸航天員進入太空并返回地球的‘太空穿梭巴士’。”航天科技集團回收試驗隊總體技術負責人彭華康作了個形象的比喻。

其中，軌道艙是飛船獨自飛行期間航天員在太空的工作和生活艙，同時也是飛船與空間站對接時的對接艙；返回艙是神舟飛船的駕駛控制艙，擔任整個飛船“大腦”的角色，控制著飛船所有重大動作，也是后續(xù)返回地球時航天員搭乘的“交通工具”；推進艙則負責能源和動力方面的職能，它通過預先安裝的太陽能帆板發(fā)電，為整個飛船提供電能，同時提供飛船在宇宙中改變軌道和姿態(tài)所需要的推力。

在返回地球時，返回艙先后與軌道艙、推進艙分離，通過其自身特殊的氣動外形和質心位置設計，可以保證返回艙以穩(wěn)定的姿態(tài)在大氣層中飛行。同時，在其外表面裝甲防熱結構保護下，返回艙可以克服并承受再入過程中與大氣層劇烈摩擦產生的氣動力和氣動熱，安全穿越大氣層。

在下降到指定高度后，返回艙打開降落傘，同時著陸緩沖系統工作，可以保證艙體能安全平穩(wěn)地著陸。

不過，在神舟十二號返回艙返回地球的過程中，每個環(huán)節(jié)都有發(fā)生意外的風險。設計師們除了不斷精益求精降低發(fā)生事故的幾率外，也考慮到萬一哪個環(huán)節(jié)出現意外情況，如何設計才能最大程度保護航天員的安全。

例如，在返回地面階段，神舟十二號載人飛船返回艙配備了兩套降落傘，如果中途一套降落傘出現意外情況，備用的一套將自動彈出，接替第一套降落傘的工作。

“飛行過程中所有可能威脅到航天員生命安全的關鍵動作，神舟十二號飛船都有著多重控制手段，以確保航天員的生命安全。”彭華康說。

全新返回制導方式定位誤差降至百米級

“神舟十二號載人飛船是中國空間站關鍵技術驗證及建造階段首艘載人飛船，也是時隔5年之后，中國載人航天事業(yè)又一關鍵性、標志性的任務，舉國關注、舉世矚目。同時，本次任務正值建黨100周年，使命光榮、意義重大。”彭華康說。

在返回技術和流程層面，本次返回任務相比過去也有不少亮點。

前述內容提到，神舟十二號載人飛船返回地球之前，執(zhí)行了首次徑向交會試驗。“飛船與核心艙分離后，先撤離到距核心艙前向2 千米左右的位置，再從核心艙上方繞到核心艙后下方大約2.5 千米左右的位置，之后開始進入徑向交會模式。”神舟十二號載人飛船飛控技術組組長楊海峰介紹。

楊海峰進一步闡述細節(jié)：進行徑向交會試驗之前，飛船從水平方向調整到垂直方向，以便對準核心艙交會對接口。姿態(tài)調整過程中，飛船也在逐漸靠近核心艙對接口。在距核心艙大約200米的位置，飛船完成姿態(tài)調整。隨后，飛船緩緩接近核心艙，最終停在距離核心艙19 米的位置。

完成徑向交會試驗后，神舟十二號載人飛船再次撤離到核心艙下方200米左右的位置，然后返回地球。

本次任務中，神舟飛船搜索區(qū)域也發(fā)生了變化：首次在東風著陸場返回，同時不再設置備份著陸場。以往，神舟飛船返回都將四子王旗作為著陸場，換成東風著陸場后，搜索區(qū)域地形地貌由草原地形變成了戈壁、沙漠等復雜環(huán)境。

“針對環(huán)境變化，回收試驗隊增加了返回艙在復雜環(huán)境中現場吊裝和處置不便的故障模式，制定了針對性的處置預案。”彭華康介紹。

為什么不再使用四子王旗作為返回著陸場呢？彭華康解釋，由于四子王旗近些年來發(fā)展速度較快，人煙日漸密集，不再適宜作為著陸場。

航天員在軌駐留時間增加也給任務帶來了變化。神舟十二號航天員乘組在軌駐留時間由過去最長1 個月增加到現在的3 個月，因此航天員適應地球引力的時間增加，延長了出艙準備時間。這也意味著回收試驗隊需要優(yōu)化返回艙處置流程，并行開展艙外收傘等處置工作。

此外，神舟飛船在返回地球過程中，會發(fā)出信標，給搜救團隊指出方位。彭華康說，為提高返回艙救援定位精度，設計師們通過不斷改進技術，使定位最大誤差由千米級降低到百米級，進一步提升了搜救效率。

還有與返回制導方式相關的亮點：神舟十二號飛船返回由過去的標稱彈道制導更改為預測—校正雙環(huán)制導。

為何進行制導方式變革？彭華康介紹，空間站任務階段，組合體不再像“空間實驗室”時期為飛船返回變軌調相，神舟飛船需要適應空間站不同軌道高度和相位，從而返回東風著陸場。

“標稱彈道制導就是要求神舟飛船沿著設定好的路線返回，如果神舟飛船返回過程中有偏差，就需要重新折回返回路線；而預測—校正雙環(huán)制導更簡單直接，飛船不用沿著所謂的標準路線返回，只需一往無前地向落點飛去即可。”彭華康解釋。

可以說，返回制導方式的變化，提升了返回艙彈道規(guī)劃的能力，也提高了返回再入的控制精度和可靠性。

事實上，預測—校正雙環(huán)制導不是第一次應用。此前，新一代載人飛船試驗船、嫦娥五號月球探測器已經對該制導方式進行了驗證。

對回收試驗隊而言，本次任務也意味著他們進入了常年戰(zhàn)備值守的新階段。

記者了解到，神舟十二號飛船回收任務與其他任務重疊，部分隊員同時兼任發(fā)射場隊員，面臨“回收神十二、發(fā)射神十三、準備神十四”任務新常態(tài)。不過，通過統籌安排，各項任務實現了協調、有序、平穩(wěn)進行。

“東風”迎歸客搜索救援艙落人到

天上“神舟”回，地面搜救忙。神舟十二號載人飛船返回艙降落在大漠深處的東風著陸場，由酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的搜救隊伍執(zhí)行任務。

這里地域遼闊，人煙稀少。從“神舟一號”到“神舟十一號”，東風著陸場一直作為載人飛船氣象備份著陸場。這次搜索也是東風著陸場由備份變主場后，首次迎接第一批長期在軌駐留的航天員。

著陸場系統副總設計師、酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心研究員卞韓城介紹，在確定作為空間站工程階段飛船返回著陸場后，東風著陸場先后組織了搜索、導航、通信和基礎設施建設等20 余項技術改造，突破了預測校正再入返回航天器飛行軌道計算和落點預示技術難題，填補了返回著陸最后1 千米彈道測量和景象拍攝空白，探索實踐了網格化搜救戰(zhàn)法，技術條件得到很大提升，具備了執(zhí)行載人飛船搜索回收任務的能力。

為了以最高的標準，最可靠、最安全、最溫暖的方式迎接航天員，東風著陸場還圍繞“天上怎么飛、地面怎么控、我們怎么搜”開展搜救方案設計，提出了“跟蹤測量立體連續(xù)、落點預報快速準確、搜索救援艙落人到”的任務目標。

“我們動用多套統一測控、雷達、光學等設備，構建了近3000 千米長的再入走廊跟蹤測量鏈；依托直升機、固定翼飛機、全地形車等，吸收搜救、醫(yī)學、航天器研制專家組建專業(yè)搜救力量，構建了專業(yè)力量為主，應急力量支援的航天搜救力量體系；以通信衛(wèi)星、無線寬帶網絡、跳頻電臺等為主要技術手段，構建了搜救信息推送系統，具備了引導搜救力量快速機動和搜索發(fā)現目標的能力。”卞韓城說。

打開智能手機上的地圖APP，調為衛(wèi)星模式，可以明顯看到東風著陸場地形地貌相對平坦。而著陸區(qū)以外周邊地區(qū)，主要有戈壁、沙漠、山地、鹽堿地、梭梭林地、濕地、水域等7 種典型地貌。

為此，東風著陸場將不同地貌與雨、雪、風、沙、塵等天氣現象和白、晝不同時段結合，形成搜救任務可能遇到的異常情況矩陣，確定了六大類30余項可能影響搜救任務實施的關鍵異常情況。

卞韓城表示：“通過關鍵異常情況搜救推演，形成7 種常用搜救戰(zhàn)法和指揮決策流程，為各種情況下完成搜救任務打下了堅實基礎。”

記者注意到，返回艙著陸后，航天員中心的工作人員第一時間進入返回艙進行航天員身體狀況判斷，協助航天員出艙，幫助航天員進行重力再適應、開展醫(yī)監(jiān)醫(yī)保程序。

“航天員中心在本次著陸任務中承擔了航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保工作，以及部分在軌試/實驗樣本回收、返回艙微生物采樣和氣體采樣相關工作。”航天員系統總體副主任設計師許文龍介紹說。

據了解，在本次任務中，航天員中心共遴選了9 名航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保醫(yī)生參試，重要崗位多次參加載人飛行任務著陸場回收搜救。

許文龍說，經過在東風著陸場2個多月共上百次的培訓演練，所有保障準備工作均籌備到位，各項技術狀態(tài)和參試要素經檢驗驗證，為完成本次任務奠定了重要基礎。

就是在這樣的全系統大協同下，航天員最終安全返回祖國。★