神舟飞船如果降落国外咋办?有7个国外着陆场,包括美国着陆场
载人航天,人命关天,航天员的安全始终是载人航天工程的头等大事,搭载航天员的船箭组合体是由十几万个零件组成的工业品,同时飞船与火箭还搭载着数百吨的推进剂,任何一个环节出现不可逆的故障都会对航天员产生致命影响,因此确保航天员的性命无忧需要一整套贯穿任务始终的救生方案。
神舟飞船发射
神舟号飞船是当今全球经过实际载人任务检验的三款载人航天器之一,该型飞船执行任务时规划了六大应急救生功能,分别是待发段应急撤离与逃逸救生、发射段大气层内应急救生、发射段大气层外应急救生、轨道运行段应急救生、返回段应急救生、着陆后应急救生。
每一个逃逸救生阶段都需要相应的着陆场加以保障,内蒙古四子王旗阿木古朗牧场着陆场是载人航天工程一步走与二步走两阶段的主着陆场,进入空间站阶段后东风着陆场成为唯一的主着陆场。
内蒙古四子王旗阿木古朗牧场着陆场
东风着陆场
然而仅依靠主着陆场并不能满足航天员全任务周期内的救生需求,比如NASA前不久执行绕月任务返回地球的猎户座飞船就因为主着陆场气象问题转而着陆于墨西哥下加州附近海域备份着陆场。
猎户座飞船返回舱在备份着陆场降落
十九年前俄制联盟TMA-1载人飞船也曾偏离原定着陆点400公里,返回舱着陆后两个多小时地面搜救人员才找到,五十七年前,上升2号载人飞船也偏离着陆点数百公里,搜救人员花了3天时间才找到着陆地球后的宇航员。
载人飞船返回舱通常以升力控制式弹道降落主着陆场,但在太空任何一个微小的偏差都足以导致“失之毫厘谬以千里”的误差,比如联盟TMA-1载人飞船就是因为以较大角度的弹道式返回才导致的大距离偏差,在降落过程中一根主伞伞绳断裂,这就是因为弹道式再入的过载过大导致。弹道式着陆不具有航向调控能力,因此着陆精度弱于升力控制式。
神舟号载人飞船也曾遭遇类似问题,六年前搭载景海鹏与陈冬两名航天员的神舟十一号载人飞船返回舱就曾偏离原定着陆点一百多公里,按照计划该飞船返回舱应着陆于内蒙古四子王旗阿木古朗牧场主着陆场,最终却降落在朱日和镇。
神舟十一号返回舱与推进舱分离
神舟十一号返回舱偏离预定着陆点一百多公里
据知情人士披露,这是因为当天西北风太大,将返回舱吹到了东边。事实上也确实有气象因素干扰的情况,载人飞船返回舱从太空返回地球通常要经历动力减速、气动减速、降落伞减速三大阶段,其中动力减速与气动减速是受控的,但是经过开伞点打开主降落伞后降落过程就处于不受控阶段,因为主降落伞不是可操控航向的翼伞。
试想一下,神舟十一号返回舱落点只是偏差一百多公里,如果偏差更大降落在了国外又该怎么办?
凡事预则立不预则废,早在载人航天工程启动伊始我们就已经为这种极端情况做好了准备。
神舟号载人飞船六大应急救生功能及其对应的着陆场:
待发段应急撤离与逃逸救生
待发段应急撤离指的是航天员进舱后至火箭起飞前,此时船箭组合体若出现不可逆的致命故障,航天员经由发射塔架的“逃逸滑道”进入“地下掩体”。
载人航天发射塔架配置的“逃逸滑道”
待发段逃逸救生指的是航天员进舱后,接通逃逸塔功能,至船箭组合体发射前30分钟时间段内,一旦出现致命故障,逃逸飞行器实施零高度逃逸飞行救生,此逃逸功能与发射段的有塔逃逸流程一致。
保障零高度逃逸飞行救生的着陆场就是现今的主着陆场“东风着陆场”。
发射段大气层内应急救生
发射段大气层内应急救生包含“有塔逃逸”与“无塔逃逸”两种模式,对应两种逃逸飞行器构型,即“有塔逃逸飞行器”与“无塔逃逸飞行器”。
CZ-2F载人火箭的逃逸飞行器组成部分
有塔逃逸与无塔逃逸
火箭点火起飞前30分钟至起飞后120秒时间内均由“有塔逃逸飞行器”负责航天员的逃逸救生任务,一旦火箭出现致命故障有塔逃逸飞行器第一时间携飞船轨道舱与返回舱与火箭分离,脱离危险区后分离搭载有航天员的返回舱,返回舱通过主降落伞安全降落至地面。
火箭起飞120秒后,逃逸塔分离,此时就要由“无塔逃逸飞行器”负责航天员的逃逸救生任务,其流程与有塔逃逸飞行器一致,两种逃逸飞行器均配置有逃逸主发动机、分离发动机。
发射段大气层外应急救生
火箭起飞后约200秒,此时逃逸塔与整流罩均已分离,飞船暴露在外层空间中,此时一旦出现致命故障需要飞船自主逃逸救生,飞船第一时间与火箭末级分离,待飞船与火箭拉开足够的安全距离后,飞船的轨道舱、返回舱、推进舱三舱两两分离,返回舱自主实施再入大气层返回任务。
火箭整流罩分离后,神舟飞船暴露在外层空间中。
发射段大气层内应急救生与发射段大气层外应急救生都属于“上升段应急救生”,火箭上升段划过陆地的省区有内蒙古、甘肃、宁夏、陕西、山西、河北、山东,在长达1860公里陆上轨迹区域内,考虑到地形、行政区划、航空救援能力等因素共设立3个陆上应急着陆区,分别负责长度500公里、630公里、730公里,宽度100公里的区域。
上升段的陆上应急着陆带与海上应急着陆带
神舟飞船返回舱配置两艘充气式救生船,一艘单人,一艘双人。
海上应急救生试验
上升段当船箭组合体飞行351秒后若应急返回则会在海上降落,此时若让飞船自由下落那么最大下落范围将超过5000公里,极大增加了救援难度,但可以利用飞船自带的推进剂进行轨迹调整,可以将海上下落范围控制在2115公里范围内,为此划设A、B、C总计3个海上救生区,范围分别是955公里、800公里、360公里,起点位置是连云港至终点关岛以东太平洋海域,3个海上救生区分别配置不同数量的救捞船与搜救直升机。
轨道运行段应急救生
飞船进入轨道运行段后如出现太阳翼没有正常展开,亦或者制导、导航、控制分系统故障,飞船可实施自主应急弹道式返回,此时着陆在国外的概率较大,为此在全球范围内划设10个自主应急着陆区,其中3个在境内,另外7个在国外,国外着陆区分布在澳大利亚、美国、南美、北非、中东等地区。
神舟飞船发射任务中的带状禁航区与方块状禁航区
神舟飞船发射任务既有带状禁航区也有方块状禁航区,后者显然不属于火箭上升段,而是用于飞船进入外层空间轨道运行段的自主再入返回救生。
国外着陆主要按照国际航天救援条约,依靠国际救援组织进行。上世纪六十年代,联合国就通过了《营救宇宙航行员、送回宇宙航行员和归还发射到外层空间的物体的协定》,该协定主要内容如下:
1.凡获悉或发现宇航员发生意外、遇险或紧急降落时,应立即通知发射当局和联合国秘书长,立即采取一切可能的措施营救宇航员,向其提供一切必要的帮助,将被救的宇航员安全迅速地交给发射当局的代表;
2.凡获悉或发现空间物体或其组成部分返回地球,应通知发射当局和联合国秘书长,根据发射当局的请求,寻获该空间物体或其组成部分,并应在发射当局的请求下归还给发射当局的代表;
3.如发现或寻获的空间物体或其组成部分具有危险和有害性质时,发现当局应立即采取有效措施,消除可能的危险;
4.履行寻获和归还空间物体或其组成部分义务所花的费用,应由发射当局支付。
早在神舟五号任务实施之际,服务自主应急返回的7个国外救生区的划设就在外交和技术方面做好了准备。
神舟飞船返回舱再入大气效果图
返回段应急救生与着陆后应急救生依托的主要是东风主着陆场。
东风着陆场回收多用途飞船缩比返回舱
自神舟十一号任务后,神舟十二号任务始,神舟号飞船就对返回控制系统做出了重大改进,应用了具有世界领先水平的自适应预测制导技术,大大提升了着陆位置精度控制。
神舟推进舱外摄像机拍摄画面
神舟飞船推返组合体动力减速
神舟飞船返回舱再入大气层
技术提升的同时也要看到,不论有多么周密的准备,也要将一切危及航天员安全的情况考虑到位,比如运营超过半个世纪的联盟系列飞船现在正在遭遇着新的考验,目前对接于国际空间站的联盟MS-22飞船就遭遇了微流星体撞击,以致于不得不考虑启动应急救援程序,即再发射一艘飞船去接应在轨航天员。
当我们看到一艘艘神舟号飞船圆满完成任务高光时刻的同时,也要铭记那些幕后为了“载人航天,人命关天”八个大字默默奉献的人们,他们在做好救援准备的同时,也在期盼着他们做的这些工作届时统统派不上用场。
我来说两句