全系統(tǒng)大協(xié)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(fēng)著陸場平穩(wěn)著陸。

由航天科技集團(tuán)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(xiàn)目標(biāo)并根據(jù)指令快速有序駛向落區(qū)，第一時間抵達(dá)返回艙著陸現(xiàn)場。

打開艙門，航天員狀態(tài)良好！

神舟十二號載人飛行任務(wù)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(shè)置、實驗數(shù)據(jù)整理下傳、留軌物資清理轉(zhuǎn)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(shù)。

……

17日中午，各項調(diào)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(jìn)艙成功分離，返回艙沿著預(yù)先設(shè)計的軌道，向中國東風(fēng)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(jìn)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(dǎo)傘、減速傘和面積達(dá)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(jī)開機(jī)，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(jìn)入太空并返回地球的‘太空穿梭巴士’。”航天科技集團(tuán)回收試驗隊總體技術(shù)負(fù)責(zé)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(dān)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(jìn)艙則負(fù)責(zé)能源和動力方面的職能，它通過預(yù)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(jìn)艙分離，通過其自身特殊的氣動外形和質(zhì)心位置設(shè)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(jié)構(gòu)保護(hù)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(chǎn)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(tǒng)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(fēng)險。設(shè)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(xiàn)意外情況，如何設(shè)計才能最大程度保護(hù)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(xiàn)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(guān)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(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)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(guān)鍵性、標(biāo)志性的任務(wù)，舉國關(guān)注、舉世矚目。同時，本次任務(wù)正值建黨100周年，使命光榮、意義重大。”彭華康說。

在返回技術(shù)和流程層面，本次返回任務(wù)相比過去也有不少亮點。

前述內(nèi)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?！帮w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(jìn)入徑向交會模式?！鄙裰凼栞d人飛船飛控技術(shù)組組長楊海峰介紹。

楊海峰進(jìn)一步闡述細(xì)節(jié)：進(jìn)行徑向交會試驗之前，飛船從水平方向調(diào)整到垂直方向，以便對準(zhǔn)核心艙交會對接口。姿態(tài)調(diào)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(diào)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(wù)中，神舟飛船搜索區(qū)域也發(fā)生了變化：首次在東風(fēng)著陸場返回，同時不再設(shè)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(fēng)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(fù)雜環(huán)境。

“針對環(huán)境變化，回收試驗隊增加了返回艙在復(fù)雜環(huán)境中現(xiàn)場吊裝和處置不便的故障模式，制定了針對性的處置預(yù)案?！迸砣A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(wù)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(xiàn)在的3 個月，因此航天員適應(yīng)地球引力的時間增加，延長了出艙準(zhǔn)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(biāo)，給搜救團(tuán)隊指出方位。彭華康說，為提高返回艙救援定位精度，設(shè)計師們通過不斷改進(jìn)技術(shù)，使定位最大誤差由千米級降低到百米級，進(jìn)一步提升了搜救效率。

還有與返回制導(dǎo)方式相關(guān)的亮點：神舟十二號飛船返回由過去的標(biāo)稱彈道制導(dǎo)更改為預(yù)測—校正雙環(huán)制導(dǎo)。

為何進(jìn)行制導(dǎo)方式變革？彭華康介紹，空間站任務(wù)階段，組合體不再像“空間實驗室”時期為飛船返回變軌調(diào)相，神舟飛船需要適應(yīng)空間站不同軌道高度和相位，從而返回東風(fēng)著陸場。

“標(biāo)稱彈道制導(dǎo)就是要求神舟飛船沿著設(shè)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(yù)測—校正雙環(huán)制導(dǎo)更簡單直接，飛船不用沿著所謂的標(biāo)準(zhǔn)路線返回，只需一往無前地向落點飛去即可?！迸砣A康解釋。

可以說，返回制導(dǎo)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(yù)測—校正雙環(huán)制導(dǎo)不是第一次應(yīng)用。此前，新一代載人飛船試驗船、嫦娥五號月球探測器已經(jīng)對該制導(dǎo)方式進(jìn)行了驗證。

對回收試驗隊而言，本次任務(wù)也意味著他們進(jìn)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(wù)與其他任務(wù)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(zhǔn)備神十四”任務(wù)新常態(tài)。不過，通過統(tǒng)籌安排，各項任務(wù)實現(xiàn)了協(xié)調(diào)、有序、平穩(wěn)進(jìn)行。

“東風(fēng)”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(fēng)著陸場，由酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的搜救隊伍執(zhí)行任務(wù)。

這里地域遼闊，人煙稀少。從“神舟一號”到“神舟十一號”，東風(fēng)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(fēng)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(tǒng)副總設(shè)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(fēng)著陸場先后組織了搜索、導(dǎo)航、通信和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等20 余項技術(shù)改造，突破了預(yù)測校正再入返回航天器飛行軌道計算和落點預(yù)示技術(shù)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(wǎng)格化搜救戰(zhàn)法，技術(shù)條件得到很大提升，具備了執(zhí)行載人飛船搜索回收任務(wù)的能力。

為了以最高的標(biāo)準(zhǔn)，最可靠、最安全、最溫暖的方式迎接航天員，東風(fēng)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(shè)計，提出了“跟蹤測量立體連續(xù)、落點預(yù)報快速準(zhǔn)確、搜索救援艙落人到”的任務(wù)目標(biāo)。

“我們動用多套統(tǒng)一測控、雷達(dá)、光學(xué)等設(shè)備，構(gòu)建了近3000 千米長的再入走廊跟蹤測量鏈；依托直升機(jī)、固定翼飛機(jī)、全地形車等，吸收搜救、醫(yī)學(xué)、航天器研制專家組建專業(yè)搜救力量，構(gòu)建了專業(yè)力量為主，應(yīng)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(wǎng)絡(luò)、跳頻電臺等為主要技術(shù)手段，構(gòu)建了搜救信息推送系統(tǒng)，具備了引導(dǎo)搜救力量快速機(jī)動和搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的能力?！北屙n城說。

打開智能手機(jī)上的地圖APP，調(diào)為衛(wèi)星模式，可以明顯看到東風(fēng)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(fēng)著陸場將不同地貌與雨、雪、風(fēng)、沙、塵等天氣現(xiàn)象和白、晝不同時段結(jié)合，形成搜救任務(wù)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(wù)實施的關(guān)鍵異常情況。

卞韓城表示：“通過關(guān)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(wù)打下了堅實基礎(chǔ)?！?/p>

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(jìn)入返回艙進(jìn)行航天員身體狀況判斷，協(xié)助航天員出艙，幫助航天員進(jìn)行重力再適應(yīng)、開展醫(yī)監(jiān)醫(yī)保程序。

“航天員中心在本次著陸任務(wù)中承擔(dān)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(guān)工作?！焙教靻T系統(tǒng)總體副主任設(shè)計師許文龍介紹說。

據(jù)了解，在本次任務(wù)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(wù)著陸場回收搜救。

許文龍說，經(jīng)過在東風(fēng)著陸場2個多月共上百次的培訓(xùn)演練，所有保障準(zhǔn)備工作均籌備到位，各項技術(shù)狀態(tài)和參試要素經(jīng)檢驗驗證，為完成本次任務(wù)奠定了重要基礎(chǔ)。

就是在這樣的全系統(tǒng)大協(xié)同下，航天員最終安全返回祖國?！?/p>