极目新闻记者 丁鹏
据新华社报道,12月4日11时01分,神舟14号载人飞船与空间站组合成功分离。出差183天后,神舟14号宇航员陈东、刘洋、蔡旭哲踏上了回家的旅程。结合神舟14号返回舱着陆,极目新闻记者采访了空间技术专家张传军。
东风着陆场第三次全系统综合演练现场搜救力量(图片来源:沙漠问天)
低温和夜间搜救是两大挑战
极目新闻:出差180多天,神舟14号飞船返回舱将于冬夜着陆。与神舟13号白天返回时相比,这次返回的新挑战是什么?
张传军:低温和夜间搜救是任务的两大挑战。由于直升机飞行的快速性,航天员的搜救任务主要是直升机队。白天执行搜救任务时,搜救队员很容易找到目标。当他们晚上返回时,搜救队员看不到返回舱。他们必须使用微光和红外光学设备才能找到返回舱,这增加了搜索目标和返回舱着陆的难度。在极寒条件下返回时,应为宇航员准备可靠的御寒材料,确保宇航员在打开舱门后尽快组织出舱,在舱外极寒环境下停留时间尽可能短,宇航员可以吃热饭、喝热水、用热水洗漱。极寒条件还可能导致机械设备低温启动困难、电子设备工作异常、电池寿命降低、搜救队员操作失误等。因此,对救援保障的要求特别高。
极目新闻:神舟十四号返回舱搜救回收空中分队指挥员陈石表示,自1999年神舟飞船返回舱搜索回收任务实施以来,这次可能是历史上最难的。你怎么想呢
张传军:神舟12号载人飞船返回舱是9月,神舟13号载人飞船返回舱是4月中旬,以前在十度室温下工作,神舟14号返回任务是在冬夜,设计满足低温环境,但首次在东风着陆场零下20摄氏度以上,是对地面上所有设备正常使用的考验。在东风着陆场,飞船可以着陆山地、沙漠、盐碱地、梭梭林地、水域等复杂地形。在搜救过程中,可能会遇到风、雪、灰尘等复杂的天气现象。这些复杂的情况和困难的工作条件与极寒天气和夜间环境叠加,进一步增加了组织实施搜索任务的难度。
极目新闻:从神舟五号到神舟十一号,都是在内蒙古四子王旗着陆场返回的。为什么空间站建成后搬到东风着陆场?
张传军:载人飞船着陆场的最佳选择是荒芜的地方。在这方面,内蒙古的四子王旗着陆场和东风着陆场更为合适,但近年来,四子王旗的人口密度有所增加。
自神舟十二号以来,空间站建设阶段每年至少发射两次载人飞船,返回两次,任务密度比前几年大大提高。此外,由于特殊情况,空间站宇航员也可能随时疏散空间站。地面需要一个常备搜救队。依托酒泉卫星发射中心的东风着陆场,常备搜救队的后勤条件显然是最好的。
东风着陆场第三次全系统综合演练现场搜救力量(图片来源:沙漠问天)
航天员返回前需要锻炼
极目新闻:三名宇航员返回前需要做哪些准备?
张传军:在返回神舟14号航天员组之前,首先要做的就是与神舟15号航天员组完成在轨交接。12月2日晚,神舟十四号和神舟十五号航天员已经举行了交接仪式,两交中国空间站钥匙。此外,在返回之前,宇航员通常必须做以下准备。一是加强体能训练。返回舱返回地球的过程是整个飞行过程中最具挑战性的。三名宇航员在太空失重环境中生活了半年,身体已经适应了太空失重环境重环境。当他们返回地球时,他们应该重新适应地球环境。因此,在返回前应加强体育训练,以便在返回后更快更好地适应地球环境;二是整理科研成果。所有宇航员都是精通天文、地理、医学实验、生物医学、地球观测、矿物勘察、地球环境变化、太空育种等科研实验项目的全能人才。三名宇航员在返回地球前,应整理半年来在太空中的实验数据和科研成果。三是清理垃圾,全面检测神舟十四号飞船。
三名宇航员在空间站生活了半年,回来前清理垃圾,搬进神舟十四号飞船。并对空间站内的物品进行盘点,对整个飞船系统进行全面的安全检查,反复练习飞船返回时的整个操作过程,确保安全返回;第四,搬运物品,准备返回。三个太空航天将整理好的科研资料和生活垃圾搬到神舟14号载人飞船上,做好一切准备和检查,关上舱门,穿上航天服,检查航天服的气密性,返回舱的操作系统,等待返回指令返回地球。
极目新闻:返回过程是什么?
张传军:神舟十四号载人飞船返回舱成功返回地面前,将经历五个阶段:分离、制动、再入、减速和着陆缓冲。
在分离和制动阶段,神舟十四号在与空间站组合分离后,再飞几圈就开始返回地面。之后,前轨道舱与中返回舱推进舱组合体分离,返回舱和推进舱组合体通过制动变轨,将舱体从近400公里的圆形轨道变成近100公里以下的椭圆形轨道;然后,推进舱与返回舱的分离,返回舱进入地球大气层,通过大气层推进舱烧毁。
在重新开始阶段,神舟14号返回舱看起来像一个上窄下宽的钟。在重新开始之前,舱内自己的发动机将返回舱调整为底部前平状态,并通过升力控制重新开始。在再次进入过程中,返回舱与大气层之间的空气摩擦剧烈,形成包裹在返回舱内的等离子体区域,导致地面与舱体之间的信号中断。这段时间被称为黑障区。在此过程中,地面不能通过任何遥控方式控制飞船,并依靠飞机自动处理。
在减速阶段,当距离地面约40公里时,飞船已基本脱离黑障区。静压高度控制器安装在返回舱内,通过测量大气压力来判断高度。当返回舱距离地面约10公里时,静压高度控制器会发出指导伞、减速伞和主伞相继打开的信号。三伞的面积从几平方米增加到几十平方米再增加到1000多平方米。通过逐步打开伞,减少过载,保护宇航员。另外,为了防止减速伞和主伞张开时承受的力过大,打开伞时会处于收口即半打开状态,工作几秒钟后再完全打开。同时,为了保证航天员的生命安全,提高回收着陆系统的可靠性和安全性,还配备了备份降落伞。一旦飞船发现故障,将按照预定程序切换到备份降落伞。
在着陆缓冲阶段,防热底部和侧壁的防热材料是飞船进入大气层后的盔甲。主伞完全打开后不久,返回舱将扔掉盔甲。伽马高度控制装置开始工作,通过发射伽马射线实时测量距离高度。当返回舱降至离地面1米的高度时,底部的伽马高度控制装置发出点火信号。舱内4台反向发动机点火,产生向上冲击,使返回舱落地速度达到1-2米/秒。与此同时,安装缓冲装置的宇航员座椅在着陆前会开始升高,使冲击能量被缓冲吸收,充分保证宇航员着陆的舒适性。
东风着陆场第三次全系统综合演练现场搜救力量(图片来源:沙漠问天)
回到主降落伞近3个篮球场
极目新闻:为什么工作人员出舱时要把宇航员抬下来?
张传军:宇航员在太空中失重。随着时间的推移,他们的身体适应了微重力环境,导致耐力下降、肌肉萎缩和骨质疏松症。在太空中,血液均匀分布在全身。当他们回到地球时,重力会引起短期的精神、身体和心理不适,血液会迅速涌回下肢,导致大脑和上半身缺血,容易导致晕厥。而且,当返回舱迅速穿过大气层时,宇航员需要承受巨大的旋转和冲击。身体已经适应了太空环境,突然不得不经受地球重力的考验。这种巨大的对比会给身体带来极度的不适。这时,他们根本站不起来。为了防止事故发生,确保宇航员的安全,他们必须在离开仓库后抬起它。
极目新闻:返回舱着陆后,航天员出舱前地面工作人员需要做什么?
张传军:神舟14号载人飞船返回舱内着陆后,地面工作人员需要检查舱内的状态。确认舱外无危险源后,可打开舱门,宇航员离开舱内。之后,工作人员检查了舱内的状态,并覆盖了伽马源的保护盖,以避免现场人员受到辐射的伤害。
极目新闻:有网友说回舱的主降落伞有足球场那么大,是真的吗?如何安全回收这么大的伞,遇到大风怎么办?
张传军:返回舱的主降落伞是一把约1200平方米的特大环帆伞。标准足球场面积超过7000平方米,不能覆盖足球场,但确实有近三个篮球场。这么大的降落伞,重量不到100公斤,装在伞包里的体积只有200升。整个伞包装过程有几十个过程。为保证96根降落伞绳不相互缠绕,伞衣、伞绳、连接吊带等部件应在15吨压力下压入伞包。返回舱着陆后,宇航员将在舱内操作,将降落伞绳和返回舱切断,返回舱与主伞分离。
(来源:极目新闻)
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