2025年4月24日,神舟二十號成功發射,按照計劃,神舟十九號乘組與神舟二十號乘組完成交接后,將于4月29日在東風著陸場著陸。
盡管此次降落已經做好了萬全的準備,但三名航天員在返回過程中,還是會經歷一段驚心動魄的過程,被稱為“黑障區失聯”。
那么,你知道在這個過程中,航天員們會經歷什么嗎?
驚險的返回過程
神舟二十號發射后,在距離地球約400公里的天宮空間站內,神舟十九號乘組三名航天員也立馬做好了迎接工作,只見空間站內已經張貼上了“歡迎隊友”四個大字。
4月27日,神舟十九號乘組和神舟二十號乘組正式完成交接,空間站的鑰匙也被接力到了神舟二十號乘組手中。
截止到當日,神舟十九號乘組已經完成了全部的在軌任務,回顧他們在空間站的這半年時間,一共完成了三次出艙活動和六次載荷出艙任務,其9個小時的出艙時長更是打破了世界紀錄。
目前,神舟十九號乘組正在等待返回中,按照計劃,神舟十九號飛船會采用“五圈快速返回方案”,在這個過程中會經歷分離撤離、返回制動、自由滑行、再入大氣層、開傘著陸等等幾個階段。
以目前成熟的返回技術來看,整個過程大約會持續50分鐘左右,也就差不多一頓飯的功夫,這么短的返回時間,哪怕是美國航天都很難做到。
而在這個過程中,最恐怖的區域就是“黑障區”了,黑障區一般出現在距離地球約35千米到80千米的大氣層間。
當飛船以很快的速度路過大氣層時,會讓前端形成一個非常強的激波,高速飛行的動能大量轉化為熱能,艙外殼的溫度甚至可以高達2000攝氏度。
在這樣的高溫壓迫中,飛船的船體很有可能出現框架變形等情況,嚴重的話甚至會直接墜毀。
而且,飛船在抵達一定的高度后,還會讓通信網絡完全中斷,地面雷達無法對飛船進行實時跟蹤。
這是因為高溫會讓飛船周圍的空氣電離形成等離子體,可以對電磁波實現直接屏蔽。
在這種情況下,飛船就會“原地失聯”,如果地面一直無法接收其信號的話,就無法對飛船的降落進行引導,很容易出現意外情況。
不過隨著飛船下降高度的降低,這種失聯情況也會隨之消失,但黑障區一直是航天科研人員的“心頭病”,畢竟在這個區域中根本無法保證航天員的人身安全。
中國的解決辦法
從上個世紀50年代開始,世界各個航天大國就開始了對“黑障區”的研究,為了能消除黑障區對飛船的巨大影響,有的國家設計了一款新型材料,將其噴灑在飛船上,可以降低等離子體帶來的影響。
而有的國家則改良通信方法和設備,將天線安裝在等離子鞘比較薄弱的位置,以此來提高信號的頻率和功率。
但是這兩種辦法都是治標不治本,根本無法完全解決黑障區問題,當然也有國家想用毫米波或者是激光穿透等離子電磁波屏蔽層。
毫米波通信雖然可以通過多頻段切換適應黑障區不同階段的干擾強度,但也有一定的劣勢,需要解決大氣衰落和天線設計問題,同時還需要兼容的設備。
而激光穿透雖然抗干擾強,中繼衛星也可以接收激光信號并轉發到地面站,但高溫環境會在一定程度上影響光學器件的穩定性。
所以,在之前已知的辦法中,沒有一個方案可以做到對黑障區的徹底擺脫,直到中國航天出手。
神舟十五號載人飛船的返回過程中,中國航天團隊第一次實現了對穿越黑障區的穩定跟蹤,他們以雷達+光學為總體思路,優化了黑障區雷達的跟蹤方案,同時完善了多云天氣下光學跟蹤的策略。
有了這種聯合方案的托底,神舟十五號載人飛船在返回時,從開始到結束,地面都可以精準捕捉到返回艙的高清圖像,并通過通信設備第一時間傳送到北京飛行控制中心。
“發現目標,跟蹤正常”是酒泉衛星發射中心測控區最常出現的一句話,而這一句話帶來的是更多的安全感。
其實從神舟一號開始,哪怕是無人飛船執行任務,中國航天的科研團隊都在攻堅黑障區跟蹤技術,經過一代代人測控人的努力,才有了如今完善的黑障區穩定跟蹤飛船的能力。
當然,整個飛船的降落過程,除了有測控區的功勞外,其他地面人員也功不可沒。
強大的地面后勤
雖然說神舟十九號飛船是在4月29日降落,但著陸場區的所有搜救力量早就開始了全系統的的綜合演練。
地面搜救力量指揮車、處置車、搜索車、醫監醫救車等近百臺車輛也在待命點集合,同時空中也安排了5架直升機,一旦返回艙降落,他們就能精準快速的抵達返回艙周圍。
而且,此次神舟十九號返回艙是在東風著陸場著陸,這個地方是一個無人區,范圍大約有13000平方公里。
因為沒有信號覆蓋,搜救隊伍只能依靠衛星通信,所以地面搜救力量中還有一支衛星通信分隊,從天線組裝到衛通鏈路建立,他們為整個任務指揮鋪通一條“光明大道”,并且在返回艙著陸的十分鐘之內,他們還會將現場畫面第一時間傳回到指揮中心。
如此龐大復雜的搜救流程,需要各部門緊密配合,一旦任何環節出現意外,可能就會影響整個搜救。
但中國的地面搜救力量卻從未讓人失望過,他們會一遍遍提前進行演練,直到達到預期效果,因為這樣才能為航天員們保駕護航,而他們是中國航天的最強后盾。
按照計劃,過不了多久我們就能看到神舟十九號乘組的身影了,希望他們一路平安。
參考資料:
[1]迎接神十九乘組回家!著陸場各項準備就緒,央視新聞
[2]“太空交接”完成 神十九乘組將于4月29日返回地球,央廣網
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