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重要科普 | 夜间零下15度,地磁异常区离轨,神舟十四号返回地球,为何要冒险

   发布时间:2022-12-04 19:02     来源:今日头条    作者:胖福的小木屋    浏览:3199    
核心提示:目前,神舟十四号载人飞船与空间站组合体成功分离,将在地面指令控制下择机再入返回,预计在晚上7:52-8:22之间着陆地球。神舟十四号返回充满挑战这也是神舟飞船首次夜间返回,着陆当天气温会低至零下15摄氏度。我们要知道,夜间搜索发现目标难、夜间到达着陆现场难、救援现场保障要求高、搜救行动风险防控要求高。除此之
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目前,神舟十四号载人飞船与空间站组合体成功分离,将在地面指令控制下择机再入返回,预计在晚上7:52-8:22之间着陆地球。

神舟十四号返回充满挑战

这也是神舟飞船首次夜间返回,着陆当天气温会低至零下15摄氏度。我们要知道,夜间搜索发现目标难、夜间到达着陆现场难、救援现场保障要求高、搜救行动风险防控要求高。

除此之外,神舟十四号调姿与减速以及轨返分离的区域,这个区域正好位于南大西洋磁异常区上空。

夜间零下15度,地磁异常区离轨,神舟十四号返回地球,为何要冒险

地球辐射带指的是在近地空间被地磁场捕获的高强度带电粒子区,在近地高度的南大西洋上空,存在一个明显的负磁异常区,带电粒子在地磁场的捕获下漂移经过该区域时,由于要保持磁矩守恒,必须下降至较低的高度,由此形成辐射带的南大西洋异常区。

像我国航天员进行出舱活动前,时间窗口首先考虑的都是南大西洋辐射异常区对身体的影响,出舱活动期间尽量减少在南大西洋辐射异常区的时间,因此地面工作人员会以航天员出舱活动期间累计受到辐射的累积量来评估,并合理规划出舱时间段。

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南大西洋异常的区域经常使轨道飞行器无端的失去信号从而造成故障,,这个区域也被NASA称为SAA即高度危险的地区。多年来,美国宇航局(NASA)负责维修了几次航天器故障,但是没有人能够说清导致飞行器故障的原因,为此NASA甚至规定了当宇航员返回地球进入南大西洋区域(SAA)时要进入战时状态。

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既然如此,为什么神舟十四号航天员要如此冒险返回呢?

为何要如此冒险返回

航天飞行器在围绕着地球的轨道上飞行,地球的引力Fg要把飞行器拉向地面,飞行器围绕地球轨道飞行产生的离心力Fv要使飞行器远离地球,离心力的大小与飞行的速度v有 关,飞行速度越大离心力就越大。真如雨伞上许多水滴,快速转雨 伞,水滴就会沿着雨伞旋转的切线方向飞溅出去,雨伞转得越快, 水滴飞溅出去越快,这就是水滴所受的离心力克服了水滴与雨伞 的粘力的作用。在一定高度H0的轨道上飞行的航天器S,同时受地球引力Fg和离心力Fv的作用。

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如果这两种力一样大,则航天器 就保持在原来高度的轨道上以恒定的速度V0运行。如果飞行速 度加快,离心力增大超过了地球引力,航天器就要飞离地球,反之 则航天器就会向地球靠拢,轨道的高度逐步降低,最后进入大气 层,并坠落到地球上(如图2所示)。可见要使沿轨道飞行的航天器返回地球,就要让飞行器“减速"。为了准确地使飞行器降落到 预定的地点,还要掌握好减速的"时机”和减速的"大小”

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所以飞船返回地球,是需要一个时机的,神舟飞船返回时,脚下的地球就像自动滑艇一样持续转动,飞船需要在轨道上等待合适的时机,才能降低轨道往下跳。

准确返回地球的控制是丝毫不允许出现差错的,稍许的失误就会造成难以挽回的灾难性的严重事故。

任何一点微小差错都可 能使返回舱偏离预定落点几百千米至几千千米,降落到人迹罕见 的地区或海面,宇航员将丧失宝贵的生命保障,也可能使航天器 似脱缰之马,飞向茫茫太空,成为飘落在星际间的一颗流星,最终 可能撞毁在某一天体上。

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这就是为什么中国发展载人航天一定要有自己的导航系统的原因,飞船上的计算机根据北斗卫星导航系统提供的数据来制定最合适的加速和变轨方案,大大减轻了地面工作人员的工作负担,保障了整个返回过程的精确度。

以往的神舟飞船采用“标称弹道”的返回方式,这种返回方式对于脱轨的时间、位置要求极为严格。其窗口期只有几分钟乃至几秒钟。因此像神舟十号、神舟十一号等载人飞船,即使与空间站设备完成了分离,仍旧要在原来的轨道上继续绕行,慢慢寻找或者说等待返回窗口期的到来。一般而言,这一过程需要载人飞船在近地轨道上绕行15圈左右,耗费近一天的时间。才能瞅准时机和定位,准确无误地点火脱轨进入返回窗口。这样“定时定点”的返回方式,已经不能够满足空间站时代航天员频繁往返和应急返回的需求。

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为此,在神十二返回任务中首次采用“动态适应”的返回方式,返回前确定瞄准点,地面发起标准化返回流程后,根据实时弹道预测并进行动态调整,以实现精准返回控制。

动态适应的返回技术缩短了返回时间,使返回舱不再需要“卡着时间点”返回,而是只要满足了条件就能返回,这会缩短航天员返回地面的等待时间,对接下来空间站常态化运营有非常大的帮助。

不过,我们知道空间站一天绕地球15.6圈,第一天和第二天经过的星下点是会移动的,下一次重复即使按百公里误差算也得二十几天才能回到同一个点。

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这样,想要准备降落在指定区域,就基本固定了窗口期,否则要么在等很长时间,或者要耗费燃料提前进行轨道调相。这次“神十四”刚好工作期满180天,窗口期正好就在夜晚。

科研人员已经做足安全准备

因此选择这个时间返回是最低成本、最高效率。神舟飞船返回舱的“防带电粒子撞击加固”的屏蔽罩具有防护功能,可以有效防护粒子辐射。

而针对夜间低温返回,东风着陆场立足最困难、最复杂、最寒冷、最黑暗情况,制定了飞船跟踪测量、返回舱搜索回收、航天员现场救援等方案,科研人员基于我国北斗导航系统在着陆场应用,建设天空地一体化搜索引导体系;研制了国内首款共口径、长焦距、柱型直升机光电吊舱,调配具有微光、红外功能的小微型光学设备在地面布阵。

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除此之外,针对极寒条件可能导致的设备异常,东风着陆场对所有野外工作设备进行了抗低温防护,为车辆加装了低温启动装置,提高了夜间机动能力,一旦神舟十四号降落,就可以立即展开搜救,护送航天员到安全场所。

可以说,针对神舟十四号返回,我国已经做了万全准备,也让我们欢迎神舟十四号航天员回家。

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