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1580米误差还叫“超精准”?神舟十五号降落背后,技术难度有多大

1500米是怎样的一个距离?以一个普通成年人的标准来衡量的话,大概需要奔跑五到六分钟左右。

如果是年幼的孩童或年迈的老人,可能跑完同样距离的时间还要增加。这样一段不算近的距离,是否能和“精准”扯上关系呢?

不过凡事无绝对,1500米这个距离如果放在其他场景之中,恐怕就是一个不但可以接受的“短距离”,甚至能够算作“超级精确”的标准了。

1580米!是我国的神舟十五号载人航天器回到地球的着落点,距离原定计划的位置的长度。这次着落的成功也让相关研究人员兴奋不已。

为什么和原计划相差1500多米大家还那么高兴?难道降落地球这件事真的那么难吗?

上太空不易,回来更难

尽管自人类文明出现以来,对于飞上蓝天乃至触摸月亮的梦想,一直没有停止过,但真正做到飞出地球却还是不满百年前的事情。

冷战期间美苏两国的竞争从地面发展到空中,又从空中发展到太空。在特殊的时代背景下,世界上两大国合力将人类的太空技术发展,推上了一个新的台阶。

自第一位宇航员苏联人加加林开始,美苏两国先后完成了载人航天飞行,多人航天飞行等伟大的任务,美国宇航员阿姆斯特朗还成为了第一个登上月球的人类。

为了造势几乎每一位宇航员登上火箭时,都会成为万众瞩目的焦点,各大媒体和喧嚣的人群也会送上鲜花和掌声,不过对于当时的技术而言,返回的难度似乎并不亚于出发。

历史上记载了超过三十名宇航员,在执行太空任务的途中因为各种原因失去生命。而在这些人的死因中,由于技术缺陷或设备损坏是主要原因。

比如曾经因为一个数百美元的零件损坏,导致了美国七名宇航员乘坐的航天飞机起火,并在接下来的时间里炸成了碎片,参与这次发射任务的宇航员全部遇难;

在技术不够成熟的时期,返回同样危险:前苏联三名宇航员在返回地球途中,因为压力阀门的一颗螺丝松动,导致了舱体内压力不平衡酿成悲剧。

这台载人飞行器虽然最终成功返回了地面,可惜当人们打开舱门的时候,只看到了三具尸体。除了设备损坏造成的主因以外,还有一个原因同样不得不提。

本来在设计飞行器的时候,是按照两人的装载空间规划的。可是因为临时决定由三人参与,导致了空间不够三名宇航员只好脱下宇航服保证空间足够。

由此可见当时除了科学技术的落后以外,人们对于太空技术的严谨程度同样不够,直到接受了一次又一次的教训,才让后来的宇航员们积累了宝贵的经验。

那么承载着宇航员生命的载人返回舱,究竟是怎样的结构,它又是如何从太空回到地面上的呢?

返回舱主要构造功能

返回舱是宇航员乘坐的航天器的一个部分,它的作用相对简单:在进入太空和回到地球的过程中,宇航员主要乘坐的部分,类似于一个小型“驾驶室”。

如果以火箭为例的话,那么返回舱一般处于火箭的中前部,除了这个部分以外,通常还包括推进部分和轨道主体部分。

推进部分负责将宇航员和轨道主体舱送入太空,而当宇航员的返回舱和轨道舱进入预定轨道后,通过与空间站其他部分的顺利连接,宇航员将离开返回舱进入轨道舱开始工作。

直到任务完成宇航员才会再一次回到返回舱,借由推进部分的助力脱离太空轨道,进入近地位置穿过大气层回到地面上。

以我国的神舟十五号飞船为例,我国的三位宇航员正是经过了这样的过程,在圆满完成“天宫”空间站内的,长达6个月的工作和生活后回到地球的。

为了保障宇航员们的生命安全,返回舱在保护方面凝聚了科研人员的心血。毕竟每一位宇航员的培养都需要大量的时间和积累,可以说他们都是无价的宝贵人才。

在汲取了曾经各国的失败经验后,如今的返回舱在密闭上做到了万无一失,即无论出于什么情况下,舱体必须保证严密密封,不能再出现因为压力阀故障危及生命的可能。

另外由于从寒冷的太空进入地球大气层,返回舱本体在超音速下落的过程中,外壳将会跟大气产生剧烈摩擦,导致发热起火等必然状态。

所以除了在返回舱外表需要特殊的耐高温,防止燃烧的涂层以外,在结构设计上也要突出隔绝温度的效果。

在返回舱落地时自身的坚固性同样重要,即使拥有大量的减速缓落装置,返回舱自身的材料硬度同样需要考虑在内,如果硬度不够导致撞击变形,同样会威胁到宇航员的生命。

最后就是相关的减速装置了,在超高的初始速度下,如果不进行缓落干预,任何材料构造的返回舱都禁不起巨大的加速度冲击。

通常在返回舱后侧会接连打开三处降落伞,这些降落伞加起来的面积,至少将达到1000平方米以上。而且降落伞通常由新型材料制成,在提供减速的条件下自身的重量却很小。

随着科技的进步,如今的返回舱除了被设计成上窄下宽的形状,以免于收到风向过多影响以外,还会在底部安装反推器,目的同样是配合降落伞完成减小降落速度的作用。

从返回舱的设计上,我们可以看出科研人员计划的周全,不过为什么在如此周密的情况下,返回舱返回的落点却和原计划差了那么多呢?

是因为计算失误,还是因为其他原因呢?

1580米的意义

众所周知,当返回舱进入地球预定轨道,同推进舱分离以后,严格来讲其自身已经失去了操纵动力的可能性了。

在进入大气层以后,返回舱更是以一个自由落体的状态,保持理论上垂直的方式下落直至着陆。

之所以说是理论上垂直,是因为返回舱在受到地球重力的作用以外,同样需要考虑到风力,大气阻力和其他意外情况发生的可能影响。

简单来说,虽然同是形状,大小一致的我国载人返回舱,可是因为进入大气层时的风行姿势这一简单的区别,就有可能会导致两次着陆的过程大相径庭。

更不用说在此基础上,因为降落伞打开的时间误差,降落伞角度,和其他减速手段使用的微小不同。任何看起来无足轻重的区别,反映到最后的着陆角度和方位都会变大。

当然为了尽量避免误差,我国的返回舱内部安装了包含陀螺仪等物理测试装置的惯性控制系统。这个系统最大的作用,就是在着陆过程中尽可能调整飞行姿态。

除此之外返回舱中还安装了大量的传感器,它们可以通过航天器周围环境的反馈,判断返回舱目前的状态是否良好,并在偏离既定位置时给与及时的调整。

不过正如上文提到的,即使这样完全的保护措施,仍然无法确定返回舱能够一丝不差的落在既定地点,通常正式落点都在以千余米至数千米为半径的圆形范围内。

于是为了第一时间,找到偏离目标地的宇航员们,新的回收着陆搜救系统被开发出来,配合现代化的通讯手段,可以更好的指挥搜救车辆和船舶的行动。

美苏时期由这两个国家牵头,同欧洲和北美一些国家开发出了自己的返回舱搜救系统。这个系统也首次使用长码模式显示救援目标,并使用了四颗通讯卫星作为定位工具。

在借鉴了他国的经验后,我国利用自己的北斗卫星系统,开发出中国的救援搜救系统。

这个系统在2021年神舟十二号飞船返回时,第一次展现出了自身的价值。当返回舱落地切断降落伞的那一刻开始,返回舱着陆搜索信标机就开始工作。

很快负责救援的空中编队,就发现了神舟十二号的独特频率信标信号,尽管信号发射装置的天线因为落地姿势原因,并未能正常工作,但替补天线及时起了作用。

最终救援队很快找到了回到地球的返回舱,虽然所有人都为他们回家感到高兴,可是科研人员知道搜救系统的高光表现,恰恰证明飞船距离预定降落点太远了。

结语

知耻而后勇,正是因为相关人员的不断努力,才让神州十五号有了距离计划地点1580米降落的优异表现。

我国的航天事业的发展,凝聚了14亿人的期望。而我们的航天人也没有辜负这份期望,他们真正用行动证明了中国人在任何方面都能做得到,也能做得好。

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