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首次空间站返回,神舟十二号为何着陆在备用的“东风着陆场”?

中国空间站三名航天员历时90天,圆满完成了使命。神舟十二号与天和号分离,航天员踏上了回家路程。这次神舟12号返回舱选择在“东风着陆场”着陆,这里一直是备用着陆场。那么为什么我国第一次空间站载人返回却选择备用着陆场?

飞船返航

启用东风着陆场背后的原因在于航天员的出发地点不同。我国此前有多次载人航天的经验,但都是火箭运载升空,飞船直接返回。这次航天员是驻留在空间站90天,从空间站返航,对于我国来说是第一次。

说个不太恰当的比喻:以前航天器升空入轨再返回像是站地面上投篮,从空间站返回则像是站在山上把球投到山下的篮筐中。

进入大气层时返回舱姿态角只要差0.1度,着陆点就会差出千里。返回舱降落至距离地面10千米会拉出多个不同用途的巨型降落伞,受到天气的影响,也会导致降落点出现偏差。还有高度100公里至40公里处的黑障区,返回舱会与地面失联4-5分钟,存在很多不确定因素,有可能会影响最终着陆点。

在返航过程中,神舟12号与空间站分离后需要进行制动减速,从原本的平衡状态下,让地球引力占据上风,最终“掉”回地球。制动减速意味着推进器要进行反向推进,所以飞船与空间站分离后需要像时钟指针一样从3点钟方向摆动到9点钟方向,同时飞船也就完成了180度旋转,推进器从向后变成了向前。执行绕飞需要不断对姿态控制与轨道控制进行调整,这次神舟12号花了4.5个小时,6点钟方向还进行了径向交会实验,为未来飞船停靠空间站正下方接口做准备。

制动减速前,飞船还需要花3小时绕地球两圈。这是在经过前期翻转后,对运行轨道进行精准测定,获得轨道数据。计算好参数后,飞船开始不断调整姿态进行制动减速,高度逐渐降低。从400公里左右高度,降至140公里左右高度,飞船需要绕地球飞十多圈,这次圈数比以往要多,每一圈都需要大约1.5个小时。因为只有速度慢下来,越稳才能越准。在这个过程中,地面航天人员会对飞船不断进行调整,从而控制飞船到达最佳入射点与入射角。

飞船与空间站分离至到达大气层之前,路程就花费了20多个小时,而神舟12号升空完成对接也就用了6.5个小时,多出去的时间与多绕的圈主要都是为了飞船可以更精准地落地。飞船达到140多公里高度,开始调整姿态角,然后抛掉推进舱,返回舱单舱以自由落体以7.9km/s的速度冲向大气。

100多公里高度,空气密度逐渐变大,在剧烈的摩擦下,隔热层材料会在千度高温下分解、电离形成一个可以屏蔽外界信号的等离子层。这就是“黑障”,地面会与飞船失联,随着大气不断摩擦,返回舱会不断减速,大约在40公里处,随着速度与温度降下来,返回舱再次恢复联系。

10公里高度,返回舱的速度降至大约为200m/s,通过抛出多个降落伞,包括4个足球场大小的主降落伞,返回舱速度可降至5m/s,距离地面1米处,反推发动机进行反推可将速度降至3m/s,从而进行软着陆。

搜救难度大

此次着陆难度大,着陆精准度难以预估,所以启用东风着陆场。当你投不准篮筐时,加大篮筐是最好的选择,而东风着陆场2万平方公里的广袤沙漠就是更好的选择。不过,这也意味着搜救难度大大增加。

虽然东风着陆场是首次回收搜索,但搜救分队为了这一刻已经足足准备了21年。搜救分队的宗旨是:

返回舱返回到哪里,我们就跟到哪,坚决做到舱落人到,确保航天员的安全。

搜救队要在2万平方公里的沙漠搜索返回舱,除了面积广,还要面临山地、洼地等荒芜人烟的复杂地貌,交通与运输难度很大。为此我国采用了空中搜救,包括指挥、通信、搜救、医疗、救护等7架直升机,以及我国自主的北斗卫星定位系统。

同时搭配地面搜索回收车队执行物资与返回舱的运输工作。通过关注大概率落点区,兼顾小概率落点区,以多点概全面的科学部署方式,在返回舱落地后以最快的速度开启舱门,迎接中国航天员回家。