2024年11月4日凌晨1时,神州十八号返回舱在东风着陆场成功着陆,人们在庆祝英雄凯旋回归的同时,也提出了疑问:
既然返回舱中配备了北斗定位系统,为什么返回舱在落地之后还需要搜救队再去寻找呢?
其实,不仅是我国的返回舱需要人工寻找,美国以及其他国家从国际空间站返回的人员,同样需要等待在地面的搜救人员去根据目测轨迹和相关信息去进行搜救。
所以,无论返回人员所使用的是GPS还是北斗,都需要地面人员去搜救,而并不是仅仅我国的北斗定位需要人工搜救,而这其中的原因还是相对比较复杂的。
首先,返回舱返回地面并不是人们所想的那种直线坠入,而是需要返回舱在进入地球轨道的同时根据地球吸引力进行环地球飞行,当进入到符合进入大气的的条件时才会正式进行返回着陆操作。
返回舱在从空间站脱离之后,就处于一种无动力的“惯性滑行”状态,期间需要进行多次调整姿态、进入自由航行、再次调整姿态等多次操作,然后才是进入大气层。
在这一系列操作的阶段中,航天员是可以通过通讯系统与地面进行沟通,确认自己的姿态以及下坠时的姿态、角度以及坐标。
但无论是北斗系统还是GPS系统,返回舱在进入地球大气层时,都需要进入一个通讯中断的阶段。
因为受到地球引力的影响,航天器和返回舱都会在进入大气层时与大气中的气体分子进行摩擦,从而导致返回舱外部的温度剧增。
这时的外部气体分子在与航天器表面材料发生摩擦时,会形成一个离子体的鞘套,而这些离子体则会对电磁波产生吸收、折射等效应,从而对通讯效果造成影响,这就是所谓的黑障现象。
通常情况下,这种黑障现象在返回舱距离地球表面80公里的大气层外端就开始出现,能够持续影响通讯4到7分钟,在这一时间内,返回舱内的定位导航系统基本无法正常使用。
当黑障现象的影响结束之后,返回舱通常情况下就已经距离地面只有40公里,这时候的航天员已经能够通过无线电通讯等方式与地面进行进一步联系,那么为什么还需要地面人员进行进一步搜寻呢?
这主要是因为航天器与回收舱在降落的地点,或是荒漠或是高原,甚至还有大海中,但基本都是在空旷的无人区域。
通常情况下,航天器在发射之前就已经根据实际情况,在进行了精确地计算之后选择了适当的降落地点。
不过因为返回器并没有动力装置,而是采用的滑翔降落方式,所以在进入大气层以后,所要面临的最大风险就是诸如狂风、侧风之类的可能对航天器降落轨迹造成影响的自然现象。
当然,地面人员也是会通过气象预测等技术手段预先进行了防范,并作出适当的应急预案措施,以避免意外情况的出现,不过这也无法最终保证航天器会准确降落在预定区域。
更形象地说,航天器的返回过程更像是球手瞄准目标后投出的球,当球离开手之后,具体能不能准确命中目标,还要看够不够幸运。
因为降落地点存在着很大概率的不确定性,所以为了避免对地面人群所带来的不必要伤害,以及对相关技术保密,返回舱的降落地点基本都会选择在沙漠、戈壁甚至大海这种无人区。
当然,这样一来也会让地面人员针对回收设备的定位造成一定的影响。
其中很大一部分因素是因为这一些空旷地区存在大量的矿物质,以及一些能够干扰信号的山石,这些情况都可能对无线电信号的传播效果造成影响,造成定位信息不准确的情况出现。
当然,返回装置所选择的降落方式同样也会对定位的准确性产生影响。
2022年12月,美国的猎户座太空舱返回地球时,所选择的降落地点是在太平洋上,从事后的照片上来看,猎户座返回舱事先已经准备好了相应的漂浮设备系统。
这主要是因为当时的美国航天技术部门,还没有还只能采用这种用海水进行缓冲的软着陆方式。
反观我国,月返回地面的神州十八号返回舱,在穿过大气层后,到了距离地面10km左右的高度时,高度控制仪会提前进行预判,并且启动相应的反向推力系统。
这种系统包括启动打开弹射伞、打开引导伞、打开减速伞以及距离地面几米时启动的火箭推力系统等一系列减速缓冲工作,从而避免了返回舱与地面“硬冲撞”所造成的冲击,同时也避免了定位信号的持续工作。
当然,我国的神舟系列返回舱也针对可能出现的意外情况装备了提示闪光灯、烟雾以及染色喷剂等提示装置,为地面搜救作出相应的提示。
另外,自从返回装置启动返回系统开始,就一直处于地面人员的监控之下。
即便进入到大气层后有过短暂的通讯中断,还可以通过雷达等方式主动搜寻到返回装置的轨迹,再结合返回舱落地之后的卫星定位,以及返回舱内人员通过仪表板数据、卫星通讯电话等传达出的信息,确认返回舱的准确位置。
另外,在确认返回轨迹时,地面系统就已经作出了相应的测算,并且派出包括空中搜救和地面处置相结合的方式进行搜救。
其中通常包括1架指挥机、1架通信机、1到2架医疗救护机,还有地面的搜救和拖拽等汽车队伍,如果落在海中时还会出动军舰以及其他相应船只进行打捞。
总之,返回舱的返回过程是一个将高科技、运气以及相关工作人员认真工作相结合的复杂过程。
相信随着技术的进步,以后航天员的返回方式将会向着“可回收使用火箭”那种“精确化可重复性”的返回方式发展,在进一步降低不确定性的同时也提高航天员的安全性。
参考资料:《神舟凯旋 英雄回家》人民网《中国载人航天工程有能力确保航天员生命安全》新华社《“神舟”载人飞船是如何返回地面的》新浪科技综合