“神十四”順利返回背后有哪些科技力量？

2022年12月4日20時(shí)09分，神舟十四號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，神舟十四號(hào)載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。

此次神舟十四號(hào)乘組返回是中國空間站“T”字基本構(gòu)型建成后的首次返回任務(wù)，也是載人飛船首次在冬季夜間返回東風(fēng)著陸場。任務(wù)延續(xù)了神舟十三號(hào)載人飛船返回以來的技術(shù)狀態(tài)，使用快速返回模式，返回繞飛地球從18圈縮短至5圈，返回時(shí)間縮短近20小時(shí)。相較于此前的任務(wù)，低溫與暗夜是本次任務(wù)的兩大挑戰(zhàn)。面對(duì)考驗(yàn)，我國科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新多項(xiàng)技術(shù)方法，為神舟十四號(hào)乘組順利回家保駕護(hù)航。

熱控系統(tǒng)讓航天員回家旅途更溫暖舒適

12月的東風(fēng)著陸場，凜冽寒風(fēng)吹襲著大漠戈壁，夜間極端溫度低至零下20多攝氏度。很多人關(guān)心，神舟十四號(hào)乘組的回家旅途如何保暖？

航天科技集團(tuán)五院載人飛船回收試驗(yàn)隊(duì)總體技術(shù)負(fù)責(zé)人彭華康介紹，當(dāng)載人飛船與空間站分離后，飛船上自身的熱控分系統(tǒng)就會(huì)接管溫濕度控制，將密封艙的溫度控制在17攝氏度至25攝氏度范圍內(nèi)。

這一系統(tǒng)采取的措施包括主動(dòng)熱控和被動(dòng)熱控。被動(dòng)熱控指飛船艙體表面的防熱材料、涂層和艙內(nèi)風(fēng)扇等；主動(dòng)熱控則包括飛船內(nèi)的加熱片和輻射器等。

在進(jìn)入大氣層的過程中，由于和大氣層產(chǎn)生劇烈摩擦，返回艙溫度會(huì)出現(xiàn)一定程度的升高。但是通過熱控預(yù)冷手段，可以提前降低返回艙內(nèi)的溫度，同時(shí)，返回艙表面燒蝕材料的燒蝕升華會(huì)帶走大量的熱量。

返回艙落地后，主要是艙體的被動(dòng)保溫性能在發(fā)揮作用。“通過仿真計(jì)算，如果返回艙落在零下25攝氏度的沙漠，在不打開艙門和通風(fēng)風(fēng)扇的情況下，艙內(nèi)的溫度可以保持在15攝氏度以上達(dá)1個(gè)小時(shí)。”彭華康說。

記者從中國航天員中心了解到，針對(duì)低溫暗夜的環(huán)境，科研人員新研制了航天員保暖裝置，增加了輔助照明的系列措施，同時(shí)優(yōu)化醫(yī)監(jiān)醫(yī)保工作流程，減少航天員艙外暴露時(shí)間，保證了及時(shí)進(jìn)入載體開展醫(yī)監(jiān)醫(yī)保相關(guān)工作。

通信測控網(wǎng)為飛船安全返航打造“明亮眼睛”

從返回艙變速進(jìn)入返回軌道到推進(jìn)艙與返回艙分離，從返回艙進(jìn)入大氣層到安全著陸……返回的每一步，都需要測控系統(tǒng)來接收和發(fā)送指令，層層牽引護(hù)航歸途。

在主著陸場，中國電科布設(shè)了多站型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)和多型號(hào)測控系統(tǒng)，并對(duì)衛(wèi)星通信設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，傳輸容量提升5至10倍。最新研制的回收區(qū)北斗態(tài)勢(shì)系統(tǒng)，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位和短報(bào)文功能，構(gòu)建指揮中心、前方指揮、搜索平臺(tái)三位一體的指揮體系，大幅提升了返回艙搜索效率，縮短了回收時(shí)間。

而自神舟十四號(hào)返回艙進(jìn)入大氣層起，航天科工集團(tuán)二院的測量雷達(dá)就如同“明眸”一般，開始了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的跟蹤測量。

返回艙進(jìn)入大氣層時(shí)形成的“黑障區(qū)”會(huì)隔絕返回艙與地面測控站之間的通信聯(lián)絡(luò)。為解決這一問題，航天科工集團(tuán)二院二十三所自主研制了相控陣測量雷達(dá)“回收一號(hào)”，執(zhí)行本次任務(wù)的雷達(dá)吸收了此前任務(wù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)上進(jìn)行了優(yōu)化提升。

黑暗和極寒的雙重挑戰(zhàn)，對(duì)定向搜救設(shè)備提出了更高要求。中國電科二十二所載人航天任務(wù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人宋磊介紹，本次任務(wù)中，科研團(tuán)隊(duì)強(qiáng)化天空地一體化搜索引導(dǎo)體系建設(shè)，最新研制的航天員通話電臺(tái)，在著陸場與測控系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無縫銜接，首次將艙內(nèi)航天員呼叫話音“延伸”至北京飛控中心。

此外，直升機(jī)前艙搜索引導(dǎo)系統(tǒng)針對(duì)著陸場現(xiàn)場的多源搜救信息進(jìn)行深度融合、智能決策，幫助搜索直升機(jī)在很遠(yuǎn)距離之外就能提前預(yù)知返回艙的運(yùn)行軌跡，為搜索任務(wù)爭取了寶貴“提前量”。

減速緩沖環(huán)環(huán)相扣，實(shí)現(xiàn)“溫柔”著陸

彭華康介紹，從返回艙進(jìn)入大氣層開始，隨著艙體表面防熱材料的碳化燒蝕帶走大量熱量，返回艙飛行動(dòng)能不斷減少，速度由7.9公里每秒逐漸降低到幾百米每秒。

在距離地面40公里左右時(shí)，飛船已基本脫離“黑障區(qū)”。返回艙上安裝的靜壓高度控制器，通過測量大氣壓力來判斷所處高度，當(dāng)返回艙距離地面10公里左右時(shí)，引導(dǎo)傘、減速傘和主傘相繼打開，三傘的面積從幾平方米逐級(jí)增大到1000多平方米。這一套降落傘把返回艙速度從200米每秒降低到7米每秒，達(dá)到減小過載、保護(hù)航天員的目的。在主傘完全打開后不久，返回艙內(nèi)的伽馬高度控制裝置開始工作，通過發(fā)射伽馬射線，實(shí)時(shí)測量距地高度。

當(dāng)返回艙降至距離地面1米高度時(shí)，底部的伽馬高度控制裝置發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，艙上的4臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，產(chǎn)生一個(gè)向上的沖力，使返回艙的落地速度達(dá)到1至2米每秒。同時(shí)，安裝緩沖裝置的航天員座椅會(huì)在著陸前開始抬升，進(jìn)一步減小航天員的落地沖擊，實(shí)現(xiàn)“溫柔”著陸。

（選自“國資小新”微信公眾號(hào)，本刊有刪改）