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为何神舟飞船着陆那么不准,还要车队搜救,不能装个北斗定位吗?

据央视新闻4月15日报道,神舟十三号即将返回,东风着陆场地面搜救力量集结,包括地面、空中以及机动搜救分队等;空中搜救力量投入了五架直升机,分别担负了指挥、通信和医疗医监医救三种职能;地面搜救分队则准备了复杂地貌的通行能力车辆,搜救能力有了大幅度提升,在水域、在树林、在软沙区等可以适应。

载人航天工程着陆场系统副总设计师卞韩城表示,已经组织了三次空地协同训练,组织了三次全系统综合演练。目前为止,我们各项准备工作已经就绪,具备了随时前出执行航天员搜救任务的一切条件。

不能装个北斗定位吗?为何还要车队搜救?

估计大家都有一个疑问,这飞船返回值得那么大张旗鼓搜救吗?我国北斗定位系统应用早就于2020年7月31日正式宣布开通使用了,难道就不能装一个在飞船上?

北斗系统是我国能为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的定位系统,包括24颗地球中圆轨道卫星(覆盖全球),3颗倾斜地球同步轨道卫星(覆盖亚太大部分地区)和3颗地球静止轨道卫星(覆盖中国),第三代北斗系统已经于2020年7月31日完整开通。

所以飞船以及航天员手中必定装备了北斗定位系统的,等到飞船一落地,在最短的时间内就会获知定位信息,可以通过短信告知其定位的精确坐标。

当然另一个问题是,就算没有北斗定位,它也安装了定位信标,这是一种在紧急模式下可以发射无线电信号的系统,会被Cospas-Sarsat计划的卫星接收到信号以标定搜救位置。

除了这些系统以外,夜间还有闪光标识,掉水里还有染色标识,再加上北斗定位,无线电紧急定位信标,多种定位手段下,居然还要空中、地面与机动分队搜救,为何落到这般田地?

其实搜救不止是搜,还有救!

首先第一个问题,飞船着陆的核心区域是不能进入的,搜救大队必须在核心区域外待命!为什么会这样?其实道理很简单,因为飞船在进出黑障到打开降落伞这个阶段里有两个事情要做:

1、抛掉降落伞舱盖;

2、抛掉防热大底;

前者应该是金属件,而后者则是复合材料件,抛掉后不受控制落地,没有人会知道它落在哪里,因此核心区域是不能进去的,待飞船开伞后慢悠悠下降时这俩物件早已落地,此时才可以放心大胆的进入核心区域搜救。

抛撒物落地示意图

由于飞船落地精准度并不高,因此这个搜救区域是比较大,据现场公开的搜救地图,核心区的面积是36x36千米,而红色框框则在50x50千米左右了,因此是一个相当大的区域。

无论是飞机还是车辆,就算有定位系统,在如此大的区域内搜索一个不过数个立方米大小的飞船,也是一个相当难度的事情。

另外东风着陆场的地形也比较复杂,包括水域、树林、软沙区与戈壁荒漠等多种地形并存,在如此复杂的地形区域内,在如此广阔的面积内搜救工作量是非常大的,据神舟十三号搜救回收地面分队指挥员牛永进介绍,搜救的每个分队各有所长,在多个岗位进行系统训练。现配合默契,能够实现1+1>2的效果。

据空中搜救分队飞行员卫国介绍,此次分队有五架直升机,三架医救机,一架指挥机,一架通讯机。从人员、物资、装备等方面都做了充分准备。因为空中搜救会更快更早到达返回点,可以第一时间处置现场。修舱人员进行标注落点,开舱门,阻断返回舱的辐射源。另外辅助航天员出舱,查看航天员身体状况。

上文只介绍了一个“搜”字,自始至终都没有介绍“救”,搜与救都是在一起的,因为返回过程中可能会发生意外状况,尽管这可能性极低,但这是一个必须考虑的问题。

搜救直升机内部

另外还有一个必须要考虑的问题是,航天员已经在太空工作了6个月,身体已经完全适应了无重力状态下的生活,进入大气层后还经历了一番高g过载,还有落前的冲击以及落地后一个g的重力环境,身体是否适应必须要检查,出舱后须处在比较舒适的躺坐状态。

因此必须有医疗保障小组,直升机内也作了特别配置,比如医疗设备,加装了医疗担架,还有医疗平台、医救平台等,每一架医救机舱配有特制地面板,是为了加固航天员的座椅。其次机舱内配有医疗设备间,里面配有各种急救医疗设备。

地面分队在医救舱中演练

除了空中救援的医疗配置以外,地面搜救分队也有同样的配置,毕竟这是多保险,任何一方先行抵达即可执行完整地“搜救”任务。

将这样一个搜与救的整个功能全部配置齐全,就是这次神舟十三号的搜救任务,为了在飞船落地后尽快找到,针对神舟十三号返回任务特点,着陆场系统前期预设6大类32项极端情况,制定了7种搜救方案和200多套应急预案,进行了多次演练。

记得神舟十二号任务时,飞船落地一分钟内搜救人员即抵达,如此兵贵神速,除了神舟飞船落点比较精确以外,还有搜救小组的业务能力极其精湛。

为何神舟飞船着陆那么不准

上文我们看到了一个36x36千米的正方形区域,这就是飞船的着陆核心区,为何会标得那么大?这是飞船任务所决定的,因为飞船落点无法控制得飞船精确,这里有如下几个关键要素:

飞船返回轨迹角度:1.5°左右,飞船从减速到返回需要经历大约如下过程:

由于有一个再入角度的要求,必须保持在1.5°左右才能保证飞船不飞出大气层,又能让航天员有一个可以忍受的过载,为此飞船必须1.4~1.5万千米外就开始减速返回:如果这个再入角差0.1°的话,最终的着陆点就会相差:955千米。

即使差0.01°也会相差100千米左右,是不是相当可怕?当然从减速开始后到145千米高度分离推进舱这段距离内仍然可以“动力调整”,从分离推进舱后就只能调整飞船重心获得升阻比控制飞船轨迹,因此仍然可以稍稍做些控制,但误差仍然可能会比较大。

而影响落点准确度的另一个则是打开降落伞后,因为巨大的降落伞带着飞船着陆时会受到高空风速的影响被“刮跑”,比如4月16日早上,东风着陆场的风速为8米/秒左右,不算大,但也不小,因此在10千米高度开伞后的精度几乎是不可控的。

从黑障阶段开始,东风着陆场周围的搜救保障设备就应该能看到这个穿越大气层的火球了,在红外观测设备中应该非常显眼,出黑障后到开伞阶段则稍稍困难些,但红外和雷达都应该可以探测到了,到了开伞后,目视光学设备可以观测到,因此16日的返回,各个设备接力,精彩纷呈,欢迎航天员们回家。