“各小组注意,我再强调一下注意事项,车距保持100米,禁止超车。”1月19日6时20分,执行神舟二十号飞船返回任务的地面回收人员开始行动。
全黑的天幕下,移动的黄色双闪就是一辆车。几十辆车组成的行进车队,行驶在蜿蜒曲折的戈壁公路上。
此时,在距离地面约400公里的轨道上,神舟二十号飞船返回舱正经历高低温交变环境,完成一圈圈的环绕飞行。这艘曾因舷窗受损而滞留太空的飞船,即将返回东风着陆场西区。
返回暂停,破裂舷窗如何防护?
2025年11月4日,航天员进行例行巡检时,发现了神舟二十号飞船返回舱舷窗异常。照片传回地面后,专家组当即对照片进行了联合研判,最终确认舷窗存在裂纹。
飞船舷窗上装有3层玻璃,里面两层用于密封,耐温性能不好。返回大气层时,飞船会经历1000摄氏度以上的高温考验,要靠最外层防热玻璃起防热作用。
“我们做过实验,在最外层玻璃完全破损的情况下,里面两层玻璃很快就会破裂,飞船就会面临失压等严重情况。”航天科技集团五院贾世锦表示。
经过充分评估,任务总指挥部决定,神舟二十号航天员换乘神舟二十一号飞船返回,神舟二十号飞船转为无人状态返回。
11月9日,为在神舟二十号飞船返回前尽最大可能实施舷窗玻璃在轨防护,五院成立工作专班,第一时间就舷窗玻璃裂纹在轨维修研究工作启动专项攻坚。
随后,来自航天领域的多位专家围绕裂纹风险、防护途径展开深入研讨,最终敲定了从返回舱内部实施防护这一方案。
贾世锦介绍:“返回舱返回再入过程中,一旦出现高温使得裂纹扩展进而引发玻璃爆裂等极端情况,可以通过内部防护措施确保返回舱平稳返回,这种保护主要体现在3个方面:一是能够阻止玻璃破损导致的舱体快速失压,保证返回舱再入姿态稳定;二是可以阻挡过多外热流进入舱内引发舱体过热和结构失效;三是阻挡玻璃碎片进入舱内损伤舱内设备和下行物资。”
为保证防护方案的可行性和可靠性,五院开展了覆盖多维度的地面全流程测试验证——返回舱再入大气过程的动力学仿真分析,还原极端飞行工况下的受力与姿态变化;完成再入外热流环境下的烧蚀耐受试验,验证热防护性能;进行气密性测试,确保防护措施的密封有效性等等。最终,方案通过了航天员系统的人机工效学评价,确认航天员在舱内安装操作的安全可靠。
当技术途径全部通过验证并经专家评审通过后,五院技术人员加班加点完成了舱内防护产品的生产工作。11月25日,舷窗裂纹处理装置随神舟二十二号飞船前往空间站,由舱内航天员在神舟二十号飞船舱内进行安装。
时隔15年,无人飞船如何回收?
时间来到返回当天,7时46分,地面回收车辆陆续抵达任务待命地点。指挥员手举红绿双色荧光棒,引导车辆有序停放。
车窗外,天已经蒙蒙亮,戈壁滩的灰褐色和天边的雾霾蓝和谐静谧。此刻,所有人员只能在车内静待前进指令。
此前,神舟二十号航天员已换乘神舟二十一号飞船先行返回,神舟二十号飞船将以无人状态返回地面。这是自2011年执行神舟八号任务以来,我国首次进行无人搭乘状态的神舟飞船返回舱回收。
本次任务下行了一套舱外航天服和空间应用系统的大件产品。为严格控制返回舱质心、保证气动特性的稳定,五院专门开展了下行载荷装载方案设计,并进行了地面验证。“在载人状态下,这类尺寸和重量过大、形状不规则的载荷因返回舱空间限制无法实现回收,此次借助无人返回成功完成下行。”贾世锦介绍。
没有了航天员手动操作,关键流程就要完全依赖地面发令执行。神舟二十号飞船延续使用神舟十三号以来的“5圈快速返回方案”,返回过程具体包括分离、制动、再入、减速、着陆缓冲5个阶段。
五院董文强表示:“我们通过仿真分析确保无人状态下气动特性稳定,制导、导航和控制系统可控。此外,还强化了在轨状态确认,增加在轨巡检频次,全面检查了飞船运行状态。”
在返回舱落地之后,五院回收试验队需要第一时间排除返回舱危险、开展返回舱安全处置工作,并且及时回收宝贵的下行载荷。
“为高效处置返回舱,回收试验队不断优化处置流程,按计划先后完成了多轮全流程桌面推演技术培训、1∶1全系统综合演练的任务准备工作,力求将每个环节和关键动作都练习到位。针对返回过程故障、着陆环境异常和处置工具故障这三大类故障模式,试验队准备了多种处置预案。”五院李东说道。
稳稳着陆,舷窗防护水平如何提升?
9时26分,地面搜救队等待了足足100分钟后,对讲机里终于传来了“出发”的指令。口令落地,头车迅速出动,几十辆车重新排成长龙。
10分钟后,对讲机里传来了令人激动的消息:“同志们,两点钟方向,飞船马上落地!”
这次太空应急行动,经历了返回任务推迟、乘组换乘返回、飞船应急发射、航天员在轨维修、飞船无人返回等应急处置工作。对于我国航天事业来说,是一次全面大考。
“我们会借助本次任务积累的飞行数据和实战经验,为飞船关键部件优化改进积累数据支撑。”贾世锦表示。
经此一役,工程全线进一步深刻认识到空间碎片问题的严峻性。随着人类太空活动的增加,空间环境日趋恶劣,未来威胁将愈发严重。思想认知、产品设计、预案制定等各环节都需要充分考虑并做好准备。
“这次应急救援行动也验证了提前布局应急救援体系的重要性,以及自神舟十二号起确定的‘打一备一,滚动备份’应急救援体系的科学有效,为突发情况下的快速处置提供了坚实支撑。”贾世锦表示。
针对提高舷窗防护水平的各项实验也正稳步推进。贾世锦介绍:“我们将在舷窗基本结构不变的前提下,提高其直接‘硬抗’空间碎片的能力,目前相关实验已在开展且初步验证可行。”
此外,五院还在探索替代传统舷窗的防护形式,并通过实验进一步明确防热结构损伤的边界,在发生类似情况时能快速判断飞船是否具备安全返回的条件。
9时50分左右,越来越多的地面回收车辆集结在着陆点。透过车窗,只见那艘让大家牵挂已久的飞船,已稳稳地落在了戈壁滩上。
随着神舟二十号飞船的安全返回,中国空间站首次太空应急行动也画上了一个圆满的句号。
来源:中国航天报
作者: 王乐天,张晓宁