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神舟十三号去空间站花6.5小时,神舟十二号返回时为何要28.5小时

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猩猩科学频道 2021-10-16 14:07

自空间站天和号核心舱发射升空以来,我们国家就先后发射了多艘飞船前往空间站,其中包括2艘天舟系列货运飞船以及2艘神舟载人飞船。细心的朋友会发现,神舟十二号载人飞船、神舟十三号载人飞船、天舟三号货运飞船从发射升空到与空间站完成交会对接,大约耗时6.5小时,天舟二号货运飞船与空间站完成交会对接大约耗时8个小时。而神舟十二号飞船返回地球的过程却比较漫长,前前后后耗时接近28.5小时。为什么飞船去空间站耗时这么短,而神舟十二号飞船返回地球却需要一天多时间呢?

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空间站核心舱已经在太空中飞行了几个月时间,它的轨道、飞行速度基本上都是已经固定的。一般情况下,飞船前往空间站会选择在发射窗口发射,这样才能在较短时间内实现与空间站快速交会对接,如果不在​发射窗口发射飞船,意味着没法在较短时间内到达空间站,或者需要额外消耗燃料。为了实现快速精准对接,就需要提前精准计算好空间站、飞船的轨道,算出了发射窗口后才会发射飞船。在神舟十三号飞船发射这一天的发射窗口在凌晨0点,所​以​选择在夜间发射。由于已经计算好轨道等参数,神舟十三号飞船发射升空后直奔空间站,很快可以到达空间站。同样​的​,之前的神舟十二号飞船以及天舟二号、天舟三号飞船的情况也是​类似​的,只是不同日期的发射窗口不同,所以有一些飞船在白天发射。这样的情况,有点类似我们在发射窗口发射火星探测器。

神舟十二号飞船在返回地球的过程中就没那么快了,从与空间站核心舱分离再到降落到东风着陆场,前前后后历时大约28.5小时。去外太空的时间那么短,为什么神舟十二号飞船返回地球却需要这么长时间?这是因为神舟十二号飞船在返回地球之前为神舟十三号飞船做了一些技术验证。

之前的飞船与空间站核心舱的对接都是一前一后的方式,但是神舟十三号飞船的对接情况就不同,是全自主径向交会对接。这是我们国家载人飞船在太空中实施的第一次径向交会对接,神舟十三号飞船通过天和核心舱下方对接口与空间站进行交会并对接。之前我们的飞船并没有试过这样交会对接,所以神舟十二号飞船在与核心舱分离后,就先完成了空间站的绕飞及径向交会试验,为神舟十三号正式实施径向交会验证了关键技术,以确保首次径向交会对接任务万无一失。而飞船在返回的过程中,也需要选择一个适当的时机,所以神舟十二号飞船返回的过程耗时比较长。

与之前神舟十二号飞船的交会对接方式相比,神舟十三号飞船的交会对接方式更难。首先一个就是持续控制姿态和轨道很难。在一前一后的交会对接中,200米保持点是一个稳定的保持点,就算飞船的发动机不工作,飞船也可以较长时间保持稳定的姿态和轨道。而径向交会对接没有稳定的中途停泊点,所以需要持续对飞船的姿态和轨道进行控制,会消耗大量推进剂,故障处置难。

其次是姿态和相对位置的确定很难。载人飞船安装了敏感器,可以通过观察星星和预设的标志点等来确定自己的飞行姿态、与空间站的相对姿态相对位置等。但是在径向交会过程中,载人飞船需要完成由平飞转竖飞等大范围的姿态机动,对敏感器的要求更高,必须保证看得到目标,还不能被复杂的光照干扰。

最后还有一个难题就是航天员手控交会模式非常难。因为在径向交会对接过程中,基本上失去了地球这个参照基准,测控条件也会变差,增加了航天员操作的难度。

总结:飞船在发射升空之前会计算好飞行轨道,提前选择好发射窗口,所以前往空间站所需的时间相对较短。而神舟十二号飞船在返回的过程中,还为神舟十三号飞船做了一些技术验证,在返回的过程中也需要选择一个时机,所以返回地球时所需时间相对较长。随着未来我们空间站的建造工作完成以后,很多关键技术都会掌握,到时候飞船返回的过程可能会更​快了​。

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