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神舟十二号着陆精度有多高?星下点还在南非,为何说已能瞄准落区

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宇宙印象2020 2021-09-18 14:56

神舟十二号高精度着陆令人振奋,从这次降落过程,中国不经意间展示了能覆盖数千公里跟踪走廊的三大战略技术,星下点还在南非,但已能基本瞄准东风着陆场的落区。我们甚至可以认为,这次返回舱着陆,是中国的一次亮剑,展示了多种战略平台,也是中国航天技术的集中体现。

宇宙印象|独家 深度科普栏目第1586期

神舟十二号在昨天已经安全降落了,在整个直播中,我们也看到了神舟十二号的返回全过程,短短的几个小时看似简单,其实每个环节都存在巨大的危险,这也是目前载人航天只有中美俄能够实现的关键原因。令人印象深刻的还是在最后伞降阶段,神舟十二号返回舱都还没有接地,保障直升机就已经在一旁守候了,这说明神舟十二号返回舱在轨运行、再入、过黑障、拉伞的全过程都在地面跟踪系统的观测、监视之下,本期宇宙印象就这个问题及其背后的奥秘为老铁们进行解读。

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图片解读:这张图非常振奋人心,也展示中国在返回舱跟踪方面超强的底蕴,返回舱还没有接地,直升机已经就位

图片解读:从这架俄罗斯MI17直升机的旋翼停止工作可以看出,联盟MS02飞船可能在返回舱接地之际,就已经在旁边等候了,因此中俄在返回舱末端跟踪方面,技术基本相当,图中还可以看出,由于地面风太大,返回舱被拖着跑,宇航员还没来得及切断主伞。

图片解读:这是神舟十二号触地后,保障分队的直升机抵达,中俄的保障装备是一致的,所以这两个场面很像,等我们换成直20,还有新飞船之后,那场面就先进多了

中俄技术相当,但我们更全面

返回舱这次在第四次预报落点位置精确着陆,从图中我们就能够看出一些门道,升力式返回落区控制在边长36公里的正方形区域内,在这个区域内,几个地面保障分队可以通过分散部署,目视观察返回舱的位置,直升机就位之后很快能捕捉到目标。从这个细节就能看出,地面保障的力度是非常大的,从装备到人员都比俄罗斯要强很多。

图片解读:升力式返回落区控制在边长36公里的正方形区域内,几个分队可通过目视快速寻找天空中正在缓缓降落的返回舱

图片解读:俄罗斯也是如此,米8米17都在待命

我们根据联盟MS02飞船返回的实例可以看出,俄罗斯在返回舱还没有着陆的时候,也能精确给出预报落点,返回舱在接地之前,直升机就已经在旁边等候了。从这架MI17直升机的旋翼停止工作可以看出,它可能在返回舱接地之际,就已经在旁边等候了。从中俄对返回舱弹道末端捕获和预判可以看出,双方的技术水平应该是相当的。当然,俄罗斯之前也经历过返回舱偏离落区400公里的囧事。

三个关键技术个个不简单

神舟十二号返回舱这次能够精确着陆,归根结底是对再入航天器弹道末端的预测能力有着充分的把握,这里有三个关键技术得以体现。

第一,动态弹道首次在神舟十二号上使用,该弹道比标称弹道更适合空间站任务。返回舱使用动态弹道时,确定瞄准点之后,即可实施再入,比以往神舟飞船使用的定时定点返回更灵活。动态弹道是根据实时弹道预测,进行动态调整,这是本次精确返回控制的基础。当然,这也是根据空间站任务进行的调整,因为神舟十二号在轨运行3个月,高度变化较大,也无法继续使用标称弹道。任务的变化和技术上的进步,是本次返回舱精确落地的保证。

图片解读:通过多台姿控发动机的精确控制,让返回舱以合适的角度、高度、速度接触大气层

第二,先进的在轨姿控技术。推返分离之后,返回舱星下点位于南非附近,南非距离东风着陆场有1万公里以上,此时返回舱还在145公里的高度,通过多台姿控发动机的精确控制,让返回舱以合适的角度、高度、速度接触大气层。从南非上空要一路滑行到巴基斯坦上空,整个姿态控制要非常精确到位,从南非上空就一路瞄准东风着陆场,一直到进入大气层。

在轨姿控技术是载人航天极为关键的技术,也是我们国家的战略技术,民用领域上的体现就是飞船姿态控制,精确入轨,那么在军用领域可精确引导航天器实施反卫星作战、精确控制弹头再入窗口和末端控制,这也是反舰弹道导弹的核心战略技术。所以,从星下点瞄准东风着陆场开始,一直到出黑障区,美国就应该能够感受到中国航天的实力,姿控和弹道末端制导技术结合,能够精确打击美军的航母。

图片解读:地面指令大部分是通过天链01-03-04三颗中继卫星传递给神舟十二号,这使得我们在地球的一端,也能测控另一端的飞船

第三,天基测控网的全面介入。神舟十二号从第一次调姿分离轨道舱,一直到推进舱分离,都是以天基测控为主。这说明地面指令大部分是通过天链01-03-04三颗中继卫星传递给神舟十二号,这使得我们在地球的一端,也能测控另一端的飞船。这很明显,天基中继网是中国的战略平台,东风弹道导弹的弹头飞到美国上空,就需要中继卫星进行接力,所以这次神舟十二号返回中,中国再次亮剑。事实上,我们在智利也是地面站,这次大规模调动天基测控网,在测试天链系统的同时,也是一次亮剑。

图片解读:立体化搜索定向网络和光学监视系统为返回舱的弹道进行了精细定向

立体化搜索定向网络进行修正

基于以上三大战略技术,返回舱在星下点时就已经能够瞄准东风着陆场,当然,在滑行过程中,飞船使用半弹道返回,再入大气层时会遇到各种扰动、高空风场,这些因素都会导致着陆点发生改变。因此飞船在再入大气层之后,由中国电科建立的立体化搜索定向网络就派上用场了,从返回区首点截获,到黑障区连续跟踪,多部陆基雷达、光学系统对返回舱进行连续跟踪,不断修正返回舱的预测落点。

图片解读:返回舱启动4台反推发动机,扬起了尘埃

可以认为,动态弹道、在轨姿控技术和天基测控为返回舱瞄准靶心确定了大致的方向,立体化搜索定向网络和光学监视系统为返回舱的弹道进行了精细定向,构建起长达数千公里的跟踪走廊,这才是确保返回舱精确落地的基础。宇宙印象独家发布,未经授权禁止转载。

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