“一路刹车”，保证航天员顺利“回家”

文/顾航瑜

400千米的路程，如果乘坐以300千米时速驰骋的高铁，1个多小时就能跑完。如果是从太空乘坐神舟飞船归来，以约7.8千米/秒即约2.8万千米的时速启程，需要多久飞完？答案是半个多小时。也就是说，航天员想要“精准到达家门”，即使归心似箭，也要跟着飞船“一路刹车”，才能保证顺利到家。

▲ 回收试验队帮助航天员出舱

▲ 神舟十六号载人飞船与空间站组合体分离

航天员“回家”用时多长？

10月30日20时37分，神舟十六号载人飞船与空间站组合体成功分离，航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮告别了在轨生活工作约5个月的中国空间站以及刚刚会面的神舟十七号载人飞船队友，踏上了“不断减速”的“回家”路。

10月31日7时21分，北京航天飞行控制中心通过地面测控站发出返回指令，神舟十六号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。之后，飞船返回制动发动机点火，返回舱与推进舱分离。8时11分，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。

“本次任务继续采用快速返回技术。”航天科技集团五院回收试验队总体负责人彭华康介绍，“载人航天，人命关天，处于高速运动状态的返回舱一旦中途出现故障，外界无法采取营救措施，所以我们会用最成熟稳定的技术将航天员尽快接回家。”

航天员想“回家”，虽然不用买票和候机，但他们首先要坐着返回舱绕地球飞行几圈，这成为返程路上最耗时的部分。自从2022年神舟十三号载人飞船开始采用快速返回技术后，航天员不用再像先前那样绕地球11圈，才能找到合适的时机，再入大气层。如今，在告别空间站后，正常情况下，返回舱只需要绕地球飞行5圈，就会正式进入返回轨道。神舟飞船绕地球一圈耗时约90分钟，这样算来，现在航天员“回家”比“神十二”航天员至少快了近10个小时。

值得注意的是，直线距离400千米的路程走大概12个小时并不算快，但如果算上返程走过的总路程20多万千米，航天员相当于是以“火箭速度”冲回家了。

“绕飞过程中，飞船也没‘闲着’，会通过标定不断对飞船的轨道进行精确校准与修正，还要进行返回参数计算，例如发动机什么时候开始工作、工作多长时间等，为最后瞄准做准备。”彭华康解释，“可以理解为在决定什么时间、什么地点用什么姿态踩‘刹车’。”

完成绕飞后，返回舱会离开原来的轨道，正式通过返回轨道进入大气层。“在进入大气层前，飞船还要进行一些姿态和方向的调整。如果角度太大，航天员会承受巨大的过载，飞船也容易烧毁；如果角度太小，飞船就很有可能无法顺利进入大气层。”彭华康介绍。

此时，航天员距离正式着陆只有半个小时左右的路程了。

飞船返回要做几次减速？

神舟飞船以约7.8米/秒的速度从太空返回地球，还要穿越大气层，可以说是危险重重。为此，技术人员设置了不同的减速方式组合，帮助飞船返回舱稳稳落地。

首先是制动阶段的减速。

▲ 神舟十六号载人飞船撤离空间站后调整轨道示意图

“如果制动不正常，返回舱就无法进入大气层，速度就降不下来。”彭华康介绍，等飞船进入绕行的最后一圈，会进行一次姿态调整，首先是旋转90度，便于返回舱、推进舱告别轨道舱。之后两舱再转90度，推进舱朝前推进，发动机点火工作大约150秒后，第一次减速结束，返回舱和推进舱开始自由下降。

在距地球145千米的时候，推进舱与返回舱分离，推进舱烧毁。返回舱带着航天员继续下降，到达近地点100千米的位置。

第二次减速就是众所周知的“再入大气层”了。

在返回舱与大气层剧烈摩擦下，舱外温度达到上千摄氏度，也就是在这个阶段，航天员可以通过舷窗看到外面的火花四溅。

彭华康介绍，飞船进入大气层有两种方式：一种是无控式；另一种是有一定控制的形式，即返回舱具备一定的机动能力，使减速的过程可以稍加“缓和”，神舟飞船采用的就是这种形式。

▲ 返回舱再入大气层示意图

这个阶段中，最重要的是把返回舱调整到一个正确姿态，以升力控制的方式再入。返回舱自带的发动机会把它调整为防热能力更好的状态——防热大底朝前，否则，会非常危险。其实，飞船上的GNC（制导导航与控制）系统会在这个阶段全自动驾驶飞船返回地球。即使是在无法与地面沟通联系的黑障区，GNC系统也会控制返回舱自带的发动机有序工作，将返回舱始终保持在一个正确的姿态。

等飞船还剩大约10千米路程的时候，降落伞“出场”，第三阶段的减速就正式开始了。

▲ 伞降过程中的返回舱特写

▲ 返回舱伞降减速

▲ 返回舱着陆瞬间

大家常常在电视直播画面中看到的红白花伞，就是返回舱的主降落伞，展开后，面积足足有1200平方米，相当于3个篮球场那么大。

其实，庞大的主降落伞并不能直接“接手”快速下降的返回舱，设计师们巧妙设计了一套三级开伞程序，即先打开两个串联的引导伞，由引导伞拉出一顶减速伞。减速伞先把返回舱的速度由200米/秒减至90米/秒。在距离地面约8千米时，减速伞与返回舱分离，主降落伞开始“上岗”，将返回舱的速度由90米/秒降为8米/秒。

▲ 回收试验队处置返回舱

大家会发现，返回舱着陆的一刻总是伴有火光，其实这是返回舱的第四次减速过程——反推发动机开始工作了。

在距离地面6千米时，返回舱的防热大底会被抛掉，4台反推发动机正式“露面”。当返回舱距离地面1米左右时，反推发动机点火，通过给返回舱一个向上抬的力，达到进一步减速的效果。最终，返回舱以1～2米/秒的速度完成着陆缓冲。

最后，一路“不断减速”的航天员顺利“到站”。为了迎接3名航天员安全归来，回收试验队提前进行了3次全流程桌面推演和2次全系统综合演练，重点对正常和故障处置流程、故障预案、处置程序、安全要求、关键环节进行学习与演练，并联合着陆场系统对薄弱环节进行了演练与验证，目标就是确保万无一失。

可以说，自1999年神舟飞船第一次飞天起，“平安归来”成为之后每一次载人航天任务出发时的美好期待，也成为每一次任务结束的圆满句号。