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神舟十四号飞船将在夜间返回,降落在东风着陆场,为何不选白天?

作者:人马座A

神舟十四号返回时间已经确定,17年来首次选择在夜间返回,首选着陆区是东风着陆场,而大陆载人飞船上一次夜间着陆还是2005年的神舟六号。现在已经公布确切的日期是12月4日,这个其实是可以推断出来的。

神舟十四号飞船将在夜间返回,降落在东风着陆场,为何不选白天?

神舟十四、十五号6名航天员在空间站内合影

神舟十四是今年6月5日发射的,航天员是陈冬、刘洋和蔡旭哲,到12月4日恰好是满6个月。而在11月29日神舟十五号发射的时候,就宣布将在一周内完成在轨轮换任务,因此神舟十四号的返回时间应该就在12月4日前后。为了迎接神舟十四号归来,东风着陆场已经于12月1日进行了搜救回收任务最后一次全系统综合演练。

神舟十四号飞船将在夜间返回,降落在东风着陆场,为何不选白天?

东风着陆场组织演练

不少网友看到这个消息后都在问:为什么放着好好的白天不选,非要在夜间降落呢?白天的温度高,能见度也好,在大西北的晴朗天气下很容易就能发现从天而降的飞船,搜救起来也容易。

但夜间就不同了,现在虽然寒潮已过,但位于内蒙古额济纳旗的东风着陆场还是比较冷的,夜间的最低气温可低至-16℃。而且夜里一片漆黑,直升机和地面车辆能在第一时间发现飞船,并及时赶到着陆点吗?

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神舟六号夜间返回

其实对于飞船来说,无论白天还是夜间着陆都很正常。大陆空间站大约每一个半小时就绕地球一圈,也就会经历一次昼夜交替,24小时能看到十几次白天黑夜,而我们这些在地面上的人只能看到一次。如果飞船脱离轨道并重返大气层的时间恰好是夜间,是一件很正常的事情。

当然,对于地面搜救来说确实是白天更方便,如果能赶上白天着陆固然比较理想,但这并不是决定性因素,飞船的着陆时间是根据任务需要,以及空间站和飞船的轨道而定的。大陆空间站运行在高度约400公里,倾角41.5度的近地轨道上,如果在地面上画一条空间站飞过的投影的话,会是一个波浪线。

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中国空间站

而神舟十四号飞船在脱离空间站后,不会立即再入大气层,而是会在轨道上再转几圈。这是因为地球在自转,东风着陆场相对飞船的位置也在不断变化,只有在一个合适的时间开始返回,飞出一条再入轨迹之后才能“恰好”到达着陆场。而飞船多转几圈的目的就是要精确地对准这个返回的时机。

像神舟十二号脱离空间站后就绕了十多圈才返回,总共用时28小时,从停止转圈到落地则只用了51分钟。而神舟十三号应用了快速返回技术,只绕了5圈就返回了,总用时只有9小时。神舟十四号的返回过程应该大同小异。这些因素综合起来,就决定了神舟十四号的返回时间,只能说恰好就赶在了夜间。

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飞船需要多绕几圈,才能对准最佳返回时机

在夜间着陆首先遇到的一个问题是如何判断将要触地,并在距地面1米左右精准启动反推发动机。神舟飞船的初始速度接近第一宇宙速度,略低于7.9公里/秒,它的着陆过程是先利用空气制动,将防热大底朝向前方,依靠与空气摩擦来消耗能量。由于温度迅速升高,有一段时间还会进入通讯中断的“黑障”区。

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返回舱利用空气减速

当速度下降到一定程度之后,飞船才会抛掉降落伞舱盖和防热大底,然后再打开降落伞。降落伞有三顶,先拉出一个引导伞,它会带出一顶比较小的减速伞,将飞船速度由200米/秒降至90米/秒。然后飞船的主伞才会打开,将速度由90米/秒进一步降低到7~8米/秒。

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巨大的降落伞

这个速度相当于时速28公里,如果以这样的速度触地,就像是骑着一辆电动自行车全速撞墙,还是有可能会对航天员的身体造成伤害,因此必须再进一步减速。而这最后一步的减速就由飞船底部的4台反推发动机实现。

这些反推发动机的总推力可达10多吨,可在一瞬间将飞船的速度由8米/秒降到2米/秒,再加上座椅的缓冲作用,就不用担心航天员受伤了。但反推发动机的启动时间不能早也不能晚,早了的话离地太高,反推结束后又会加速落地,晚了的话就来不及了,必须在离地1米高度才行。

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飞船着陆前一刹那启动反推发动机

那么在漆黑的夜里,摄像头恐怕指望不上了,如何才能在极短的时间内精准判断出飞船离地只有1米了呢?神舟飞船采用的是与俄罗斯“联盟”飞船类似的伽马射线高度计,它的底部装了一个放射源,不断向地面发射伽马光子,并接收反射回来的光子。

在距离地面较远时,光子都被散射到四面八方去了,很少有回来的。但是在离地面很近,只有一两米高度时,接收到的伽马光子会骤然增多,用这种方法测距的灵敏度极高,远远超过了无线电波和激光测距,能够保证飞船恰好在1米左右的高度启动反推发动机。

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飞船底部被盖住的就是伽马射线源

由此可以看出,黑夜对于飞船自身的着陆过程没有任何影响,需要关注的还是地面搜救力量如何及时地锁定飞船,赶到着陆点,不要让航天员在寒冷的夜里等太久。那么在光线很暗的情况下,怎样才能及时发现快要落地的飞船呢?

办法还是很多的,地面搜索飞船的手段并不只是可见光望远镜,飞船本身就安装了定位系统和定位信标,地面上还有多台雷达和红外线探测设备能够跟踪返回舱的位置,这些东西都不会受到黑夜的影响,可以实时报出飞船返回舱的位置。

神舟十四号飞船将在夜间返回,降落在东风着陆场,为何不选白天?

神舟十二号的红外探测图像

那么夜间着陆对谁最不利呢?当然还是那些要在第一时间赶到着陆点的搜救人员,包括空中的直升机和地面上的车队。由于返回舱着陆的精度不可能太高,降落伞舱盖和防热大底抛下来会掉在何处,并不能完全确定。为了避免被砸到,搜救力量在着陆前必须在着陆核心区之外待命。

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直升机需要夜航

只有降落伞舱盖和防热大底已经被抛掉,飞船开始在降落伞作用下慢慢下降了,空中和地面搜救力量才会开进核心区。这时夜暗的影响就显露出来了,夜间航行和行驶比起白天总会有些不便,着陆区复杂的地形也会造成一些困难。怎样才能克服黑夜,及时找到飞船呢?

对此东风着陆场已经分阶段组织了多次训练演练。直升机分队进行了14个场次的夜航训练和降落训练,还突破了直升机夜间在戈壁软沙区降落的关键技术。地面分队对着陆区进行了地毯式勘察,详细记录和整理了车辆易通行轨迹,相当于提前把荒漠中容易通过的路给“䠀”了出来,这样就便于夜间前进,到达着陆点。

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地面搜救演练

着陆场还准备了大量照明和御寒物资,在这样严密的保障下,相信神舟十四号和三位航天英雄一定能够在夜间平安归来!

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