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2022年4月16日凌晨00时44分,神舟十三号载人飞船与空站和核心舱成功分离,9时56分在地面着陆。从天宫空站到返回地球全程仅用了9个小时,实现了400公里的刺激着陆,而上次神舟十二号返回用了28个小时。这有什么意义?北斗卫星导航在其中起到什么作用?
欢迎回家欢迎回家!
400 km下坡,为什么空站选择这个海拔?国际空站运行轨道倾角51.6,海拔397 km,约400km;我国天宫空站预计轨道高度400~450公里,倾角42~43度。那么人们为什么选择这个海拔高度呢?
1.省油是关键:当然,我们可以选择更高的轨道。但显然,轨道越高,发射难度越高,每次过去的燃料消耗也越大,自然会导致成本更高。所以,出于经济考虑,我们肯定希望在允许的范围内,轨道能越低越好。
2.那么能低到什么程度呢?其实要看哪个位置安全。从国际上的定义来看,只要跨过100公里高的卡门线,就相当于进入了Tai 空。在这上面,基本上是宇宙的真空环境,但是这里并不安全。
大气划分大气分区
因为太阳风的存在,太阳一直在向地球发射高能粒子。为了保护地球的生态,地球自身的磁场会与这些高能粒子对立,导致这部分磁场的磁力发生剧烈变化,这对航天器来说是非常危险的。这个高度最高也就200公里左右,但是考虑到这个磁场的宽度实际上会发生变化,400公里是比较安全的位置。
磁场示意图磁场图
所以这次神舟十三号需要从站空出发,下降400公里高度,成功返回地球。所以400公里,开车不到4个小时。为什么飞船那么快,却要20多个小时才能返回?
瞄准是为了更好的进球
航天器进入地球大气层是一个非常复杂和危险的过程。再入大气层的过程就像把瓦片扔进水里,速度和角度很重要。如果速度太慢,角度太大,飞船就不能充分减速,进入大气层后速度会急剧增加,着陆时速度也不能降到安全速度,造成飞机失事,人死的悲剧。
再入大气重返大气层
但如果速度太快,角度太小,飞船会被逼到大气层表面,但会被弹射出去。一旦被弹射出去,基本不可能再回到地球。如果飘向广阔的天空空,基本上只有毁灭之路,所以飞船要想进入地球必须找到合适的角度和速度。
打水漂零
其次,地球这么大,地形也是变化的。如果航天器想在山区、平原、森林和海洋中着陆,那么它必须准确地找到着陆点。如果落在海洋甚至一些陨石坑里,那就真的麻烦了。
此外,飞船着陆后,宇航员的状况很差,需要及时就医,他们没有足够的食物和其他物资。所以,我们需要我们的神舟飞船,它必须准确地降落在预期的着陆点,接受地面人员的检查和帮助。别看着陆点一万多平方公里,但相对于整个地球的面积,可以说只是蛋糕上的一粒芝麻。很难准确地降落在指定的位置。
相对于地球只像一颗芝麻就像芝麻相对于地球。
所以之前的飞船之所以需要20多个小时才能完成着陆过程,其实是因为它绕着地球转,等待合适的时机,包括近地面的天气,轨道速度的大小,轨道位置的变化等等。就像射击一样,长时间瞄准是为了最后一枪的准确性。
如何能够更快落地?
根据以往的经验,飞船的返回舱与轨道舱分离后,推进舱会推动返回舱继续绕地球飞行。这个过程通常需要绕地球10圈以上,每圈大约需要1.5小时。在等待返回窗口后,推进舱发动机再次点火,将飞船从距地面约400公里处推到约145公里处。此时,返回舱将与推进舱分离。
返回舱分离返回舱分离
分离后的推进舱将坠入大气层并被烧毁,而返回舱将在距离地面约100公里处正式再入大气层。此时飞船将面临整个过程中最糟糕的阶段。飞船会与空气体剧烈摩擦,瞬间产生上千摄氏度的高温,进入黑障区。飞船将失去与地面指挥中心的双向联系。
黑障电离停电
这种飞行通常持续几分钟,但经过大气层的摩擦减速后,飞船的速度会从每秒7.9公里下降到每秒200米以下。最后,在距离地面约10公里处,返回舱上的降落伞将打开,再次将飞船的速度降至每秒3.5米左右。最后,在距离地面一米左右的高度,返回舱将启动推力发动机,使其平稳着陆。
飞船降落伞宇宙飞船降落伞
所以我们实际上没有办法减少从刹车到进入大气层再到着陆的时间。所以要想快速返回,显然需要减少Tai 空绕地球一周的时间。
比如神舟十二号飞船从收到返回指令到降落地球,用了将近28个小时。但实际上,飞船从点火制动到成功到达地球表面,最多只用了1个小时左右。基本上,时间都花在寻找合适的窗口进入大气层上了。为了找到这个窗口,神舟十二号绕地球飞行了18圈。那么这次神舟十三号为什么飞得这么快呢?
地面位置投影变化地面位置投影变化
神舟十三号如何快速着陆?1.三头六臂,我的天十三!
从空之间离站到着陆,飞船要进行大量的操作,每个操作的顺序是不能改变的。每次操作都要达到预期的水平,才能保证飞船的精确返回。这一次因为经验越来越多,我们的神舟十三号把过去的一件事改成了同时做多件事。
我们的科研人员通过梳理程序和过程的关系,对神舟十三号的返回动作进行分组,使神舟十三号可以同时进行多个动作,像三头六臂一样,而不是等一个动作完成后再进行第二个动作。即使当组合体仍然对接时,航天器已经在为其返回做一些准备。同时每个动作之间的间隔时间被我们压缩,可以更快的完成每个动作!这也是神舟十三号能够快速返回的重要原因。
对接码头
2.北斗卫星来帮忙了
其实从上面的过程可以看出,最重要的是提前计算,做大量的计算,找到最合适的出发时间,变轨时间,入轨时间。这种计算必须建立在知道航天器的位置和当地大气扰动的基础上。
此外,还需要实时跟踪航天器的下降过程,以便及时调整计划,做出新的着陆位置。在这个过程中,我个人认为北斗可能在其中发挥了很大的作用。它可以帮助我们尽快定位飞机的位置,更快地连接地面和飞机之间的通信数据,传递信息,从而更准确地找到降落位置。
快速着陆的意义何在
不知道大家有没有想过,为什么我们要追求快速着陆?其实这个很重要,尤其是对我们航天员来说。要知道他们在登陆前已经在Tai 空生活了183天。在这种情况下,他们的身体实际上受到了很大的影响,着陆的减速和再入大气层的高温会对他们的身体产生另一种影响。
另外,你应该见过落地仓库,面积不大,准确的说是非常小。三个航天员呆在同一个着陆舱里,有一大堆实验设备或者东西需要从Tai 空带回来。事实上,宇航员的活动间隔空是非常狭窄的,而且由于再入大气层是在寻找再入点,谁也不知道合适的再入点会在什么时候出现,所以我们的宇航员必须做好一切准备,确保能够在第一时间再入大气层。相当于基本处于静止状态。
王亚平顺利出舱王亚平顺利出舱。
想想看,如果按照之前那种持续20多个小时的循环,那就意味着航天员要这样保持20多个小时。吃饭喝水排泄都很困难,甚至可以说基本上这些都做不到。这个过程对于航天员来说是非常难受的,而通过这种再入技术,航天员在Tai 空中被束缚的时间只有原来的1/3,对航天员的身体和心理都会有很大的好处。
快速着陆技术,代表着我们对航天技术的更高理解,控制能力和遥测能力的提升,也代表着我们更加人性化!
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