全球领先!神十三返回:从1天缩短到几小时!究竟是怎样的技术?( 二 )



神舟十三号快速返回:究竟是怎样的技术?其实快速返回和此前的标准状态下返回 , 尽管准备状态差别很大 , 但从表面上看起来只是与空间站脱离的时机的不一样!
究竟何时才是脱离空间站的时机?
空间站和飞船都是绕地球飞行的 , 天宫空间站的近地点为389.5千米 , 远地点395千米 , 轨道倾角为41.58° , 平均绕轨速度为7.68千米/秒 , 一天大要绕地球15.6圈 , 但只有一圈空间站的星下点是路过着陆区域上空的 。

轨迹示意图 , 非天宫空间站星下点轨迹简单地说 , 一天只有一次机会脱离空间站的机会 , 其他时间脱离必须等着绕到这个时间才能下来 , 联盟号快速返回的意思大约为4小时多点 , 那么拆分一下:
1、飞船脱离后需要2圈绕轨准备;
2、从飞船减速开始到降落大约需要一小时不到一点;
同理 , 神舟十三号需要在距离东风着陆场星下点位置倒推大约2.5~3圈的位置时候和天宫空间站分离 , 然后执行2圈绕轨准备 , 最后大约在距离东风着陆场大约1.4~1.5万千米外的位置开启减速发动机 。

那么问题来了 , 为什么要在那么远的位置就开始减速?因为载人飞船着陆需要有一个合适的再入角度 , 要是太陡的话从7.68千米/秒减速到0的过载会让人受不了 , 如果角度太小的话可能就会飞出地球 , 这个合适的角度就是1.5°~1.7°左右 , 假如按1.5°计算 , 那么其斜边的长度大约为14898千米 , 也就是1.5万千米左右 , 其星下点大约在巴西的里约热内卢州的上空 , 如下图:

脱离轨道后的神舟十三号到底是怎样飞行的?
飞船能运行在绕地轨道上是因为它具有第一宇宙速度 , 因此只要主发动机启动向前进方向喷气即可减速离轨 , 进入一个叫做再入走廊的轨道 , 从减速点开始到着陆大约会经历如下过程:

上图中总共有24个节点 , 但分成非常关键的5个“阶段” , 已经淡蓝色用数字标出 , 以下未特殊说明指的就是淡蓝色数字标注位置 , 从天宫空间站分离后飞船需要略微减速 , 飞船脱离空间站 , 但相距并不是很远的轨道上飞行 , 轨道高度也在390千米左右 。

天宫空间站和神舟十三号示意图此后飞船向左偏转90度并分离掉飞船的轨道舱 , 之后将推进舱调整到向前的位置 , 也就是俗称的屁股朝前 , 之后到“1”的位置时飞船开启减速发动机(此时大约在南美洲里约热内卢上空) , 飞船正式进入再入走廊 , 此时的飞船轴线与前进方向约有12°的迎角 , 建立返回姿态 。

分离轨道舱2、之后则在再入走廊一直“自由飞行” , 到约145千米高度时 , 推进舱被抛弃 , 随后推进舱进入大气层烧毁 , 而飞船则调整重心 , 使得这个笨头笨脑的钟形飞船在大气层中具有一定的升力 , 保持一个1.5°的倾角向目的地滑行 。

分离推进舱3、此时已经到了90~100千米这个所谓的稠密大气层范围 , 稀薄大气在高超音速激波加热下 , 飞船的大底被加热至2000℃以上的高温 , 这些耐热材料被烧蚀带走大量的热 , 而飞船则在多层结构的绝热下保证了一个正常的温度 。

此时的飞船外部就包裹了一个火球 , 在很大的范围内都可以看到 , 估计在新疆北部以及中亚的朋友届时留意下天空 , 应该可以看到一个高速划过的超级火流星 。

4、这个过程就是所谓的黑障 , 因为“燃烧”产生的高温等离子体隔绝了电磁波 , 外界无法传入 , 内部也无法向外发射 , 因此这段时间内的通信是中断的 , 大约从70-90千米高度开始 , 到30-40千米处速度减低到已经无法产生等离子体时通信恢复 。

此后飞船在大气层内继续减速至10千米左右高度时候开引导伞 , 再拉出减速伞 , 最后完全张开减速 , 将落地速度控制在10米/秒以下 , 晃悠悠从天空落下 , 当然这会也要抛掉防热大底 , 此时的返回舱目标是比较明显的 , 在数十千米外就能看到它飘落 。

5、最后在距离地面1米高度时 , γ高度探测器发出指令点燃着陆缓冲发动机 , 返回舱将以3米/秒的速度实现软着陆 , 并且切断主伞 , 防止被大风拖着跑 。

从理论上来看 , 此时的返回舱应该是大底朝上 , 不过大概率情况会倾翻 , 但这问题不大!然后地面搜救人员一般应该在数分钟内抵达现场 , 开启飞船舱门 , 当然航天员也可以自行打开 , 至此飞船顺利返回地球 。

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