2024年11月4日1時24分,神舟十八號飛船乘組三名航天員葉光富、李聰、李廣蘇從中國空間站成功返回地球,神舟十八號載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。在返回過程中,航天科技集團(tuán)五院各分系統(tǒng)及產(chǎn)品密切配合、協(xié)同作戰(zhàn),高質(zhì)量確保了飛船返回艙成功著陸,再次護(hù)航航天員平安回家。
神舟飛船返回地球時,可能處于太陽無法照射下的極低溫度環(huán)境下,最低溫度甚至低于-100℃,而當(dāng)局部區(qū)域持續(xù)受到太陽輻照時,最高溫度超過100℃,為飛船設(shè)備的正常工作和航天員的生活環(huán)境帶來了嚴(yán)峻考驗。
針對這一控溫難題,五院團(tuán)隊設(shè)計并研制了一款神奇的控溫“外衣”——低吸收-低發(fā)射型熱控涂層,既能有效減弱太陽輻照導(dǎo)致的溫度升高,又能有效阻隔飛船內(nèi)部向外部深冷環(huán)境的輻射漏熱,避免艙內(nèi)溫度的不斷降低,保障神舟飛船在長期的極端高低溫外部環(huán)境下,依然能夠讓艙內(nèi)處于適宜的溫度范圍,使航天員們能夠安全、舒適地返回地球家園。
此次返回任務(wù)分為分離、制動、再入、減速、著陸緩沖五個階段。分離階段延續(xù)神舟十三號以來的“快速返回方案”,飛船在與空間站組合體分離后,飛船返回艙與軌道艙分離。在返回制動階段,神舟十八號載人飛船延續(xù)了神舟十二號以來的制導(dǎo)方式,可以確保返回艙落點的高精度。同時,再入返回過程是自動的,GNC系統(tǒng)會全自動駕駛飛船返回地球。即使返回艙通過與地面信號中斷的“黑障區(qū)”時,也不需要人工的干預(yù),GNC系統(tǒng)可以控制艙上自帶的發(fā)動機(jī)有序工作,將返回艙始終保持在一個正確的姿態(tài),以升力控制的方式再入。
我國的飛船返回再入GNC技術(shù)經(jīng)歷了兩代,第一代應(yīng)用于從神舟一號到神舟十一號的11艘飛船上,從神舟十二號開始則采用了第二代返回再入控制技術(shù),使整個返回過程實現(xiàn)高精度自主導(dǎo)航。
該技術(shù)此前已經(jīng)在我國嫦娥五號試驗飛行器、新一代載人飛船試驗船、嫦娥五號等型號中得到了驗證。從神舟十二號到神舟十八號,7艘神舟飛船連續(xù)的“落點精準(zhǔn)”,也證明了該方法的科學(xué)性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性和強(qiáng)適應(yīng)性。
在“回家”過程中,航天員與地面的聯(lián)系以及航天員的身體健康情況都是地面的科研人員最為關(guān)注的事情。升級版中繼終端在返回前的幾天就正式開始工作,通過與天鏈中繼衛(wèi)星實現(xiàn)“太空握手”,搭建了信息傳輸?shù)摹疤胀ǖ馈薄?/p>
為進(jìn)一步確保航天員的安全,提升飛船自主運行能力,飛船系統(tǒng)設(shè)計了在軌自主應(yīng)急返回救生方案。一旦飛船與地面失去聯(lián)系,飛船將啟動自主應(yīng)急返回系統(tǒng),儀表控制器應(yīng)用軟件進(jìn)行軌道預(yù)報,并通過“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”計算落點的控制參數(shù),尋找最佳落點,實現(xiàn)飛船在地面測控通信網(wǎng)之外自主應(yīng)急返回。
天線網(wǎng)絡(luò)是航天員與地面建立聯(lián)系的重要信息通道,負(fù)責(zé)為通信信號、測控信號、定位信號、搜救信號建立獨立的通路,保障其傳輸穩(wěn)定、通暢,搭建神舟飛船返回艙與地面信號傳輸?shù)闹匾ǖ篮蜆蛄骸?/p>
神舟十八號飛船乘組踏上返程之旅,紅白大傘再次“綻放”,護(hù)佑航天員平安回家。
在距離地面10公里高度時,“回家”啟動信號發(fā)出,傘艙蓋快速彈出,順勢拉出引導(dǎo)傘,引導(dǎo)傘拉出減速傘。減速傘拉出后,先以收口狀態(tài)工作一段時間,直到減速傘全部展開。
在距離地面8公里時,減速傘工作結(jié)束,隨后拉出1200平米的主傘。主傘先以收口狀態(tài)工作一段時間,再緩緩解除收口,直到完美綻放。通過這個階段的“兩級剎車”,返回艙高度從8公里降到6公里,速度也減到8米/秒左右,相當(dāng)于普通人跑步的速度,進(jìn)入穩(wěn)定下降階段。
最后一段“回家”路上,返回艙拋掉防熱大底。在距離地面1米高度時,返回艙“踩了最后一腳剎車”,底部的4臺反推發(fā)動機(jī)同時點火,把落地速度瞬間減到1-2米/秒,返回艙平穩(wěn)著陸。
回顧全程,“空中剎車”使用了多級降落傘、降落傘收口、反推發(fā)動機(jī)等不同手段,保證了返回艙安全回收,更保證了航天員平安回家。
神舟十八號飛船返回艙成功落地后,必須快速準(zhǔn)確地找到返回艙,盡快迎接航天員出艙,五院研制的國際救援示位標(biāo)和微波重力水平開關(guān)等產(chǎn)品在這其中發(fā)揮了重要作用。
國際救援示位標(biāo)集定位信息獲取、數(shù)據(jù)處理、編碼調(diào)制發(fā)射于一體,具有高定位準(zhǔn)確性,可實現(xiàn)緊急狀態(tài)下救援的可靠性和實效性。返回艙落地后,國際救援示位標(biāo)會發(fā)射無線電信標(biāo)信號。這種信標(biāo)信號符合國際通用標(biāo)準(zhǔn),能夠被岸站遍布世界各地的全球海事衛(wèi)星搜救系統(tǒng)所識別,確保搜救人員能夠快速找到返回艙。
微波重力水平開關(guān)從神舟七號飛船開始,已成功應(yīng)用于神舟系列飛船和探月工程等型號任務(wù)中。比起神舟系列飛船早期使用的單刀雙擲汞開關(guān),微波重力水平開關(guān)采用更為先進(jìn)可靠的電控技術(shù),可實現(xiàn)自動切換通信天線方向,安全性和可靠性大幅提高。
除了這些,在神舟十八號返回過程中,五院研制的結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、數(shù)管分系統(tǒng)、總體電路分系統(tǒng)等分系統(tǒng)與產(chǎn)品等也發(fā)揮了重要作用,全程守護(hù)航天員安全“歸家”。