科普中国-科普融合创作与传播 2021-09-22 作者：川陀太空
2021年9月17日，神舟十二载人飞船返回舱在东风着陆场顺利着陆，在完成3个月的在轨驻留任务之后，太空出差三人组顺利到家。
返回舱返回地球的过程充满变数和危险，特别是在穿越大气层之前。这时的返回舱需要完成多项指令操作，并且以合适的角度切入大气层，才能安全返回。
神舟十二号的隔热大顶是最耐高温的部分 （图片来源：央视网）
而穿过大气层时，舱体隔热大顶的温度可达到2200K至2600K，这段时间还会干扰通信。“太空出差三人组”真是历经艰难险阻，才回到了家。
经过前期的实际验证，神舟系列飞船的技术已经非常成熟。神舟十二号的成功着陆是对神舟飞船返回技术的再次验证，同时也展现着东风着陆场保障状态的可靠与完备。
“四步走”——神舟十二号的返回过程！
神舟十二号组合体展示 （图片来源：国家航天局）
在正式“归家”前，神舟十二号的返回过程已经经过了十多次的实战演练，相关技术已经相当成熟。
完整的返回过程可以总结为“四步走”。
第一个阶段是神舟十二号脱离空间站，调整姿态。
首先，神舟十二号逆时针转动90°，原来在前边的轨道舱调整到左侧，推进舱变为右侧，变成横向飞行。此步骤的目的是与轨道舱分离，神舟十二号由三舱组合体变成了两舱组合体。
而后，再逆时针旋转90°，变成推进舱在前，返回舱在后的姿态，与脱离空间站时的朝向刚好相反。此步骤是神舟十二号第二次调姿，以便让推进舱朝前，并在调整俯仰角之后启动发动机，利用发动机制动降低速度。
随后，神舟十二号进入返回第二阶段，返回舱和推进舱的双舱组合进行无动力自由下降。
双舱从393公里高度开始下降，而到140公里高度时，推进舱会和返回舱分离，此时的返回舱又要选择好正确的再入姿态角，以便刚好切入地球大气层。
再入姿态角可很有讲究，如果角度太大，那么飞船速度就不容易控制，如果角度太小，会被稠密的大气层给弹回，就像打水漂那样。
第三个阶段是再入大气层。
此时返回舱高度在100公里左右，以约7公里每秒的速度进入地球大气层，这时候返回舱与大气层剧烈摩擦，在地面上看就像是流星一般。
经历高温，烧蚀涂料烧掉之后留下的黑色痕迹 （图片来源：央视截图）
返回舱前端的隔热大顶温度为2200K至2600K，这个温度都与航空发动机中燃烧室的温度相当。
返回舱通过烧蚀材料来对抗高温，需要控制好姿态保持受热符合防热设计，此时，返回舱也会被等离子体层包裹，形成黑障。当高度下降到40公里时，黑障才会消失，在此之前，地面与返回舱的通信是中断的。
第四个阶段就是伞降减速和着陆。
在距离地面大约10公里的高度，返回舱打开引导伞，引导伞张满之后继续拉出减速伞。
返回舱还在降落时，保障直升机就已经发现其位置 （图片来源：央视截图）
高度在8公里时，减速伞与返回舱分离，之后释放主伞。接着就是缓慢降落的过程，在距离地面5公里的高度时，返回舱抛弃隔热大底，这样可以露出反推发动机，并在接触地面前，离地1米高度时启动4台反推发动机，进行最后一次减速。
最终，飞船以2米每秒的速度接地。接地后，如果风太大导致主伞拖着返回舱跑，航天员可以手动切断主伞。
神舟十二号返回舱降落地面 （图片来源：央视截图）
动态返回加测控保障 两大技术应用是亮点
为了充分保证航天员的安全，整个返回过程已经进行了十多次实践检验。不仅如此，这次神舟十二号返回时还应用了两大亮点黑科技。
第一个亮点技术是，用动态适应的返回技术取代以往定时定点的返回方式。
此举的优势在于可以根据飞船的实时弹道情况进行着陆点预测，这样就可以精确控制返回弹道，准确把握着陆点位置，该技术处于同行领先地位。
根据返回舱返回的视频画面，我们可以看出，在返回舱还没有接地的时候，地面保障团队的直升机就已经抵达附近,这说明我们对返回舱弹道和着陆点判断是非常精确的。
同时，动态适应的返回技术也缩短了返回时间，使返回舱不再需要“卡着时间点”返回，而是只要满足了条件就能返回，这会缩短航天员返回地面的等待时间，对接下来空间站常态化运营有非常大的帮助。
第二个技术亮点是以天基为主的测控保障，该技术利用了3颗天链中继星进行天基测控。
从神舟十二号脱离轨道，到推进舱分离，从393公里高度到140公里，都由天链卫星进行测控支持。这样做的优势在于降低了返回过程对于地面观测站的依赖。
作为新的测控方式，天基测控也是行业领先，这相当于整个返回过程都处于天链卫星的监控之下。相去天渊的“监测”，也展示出航天科技的技术底蕴。
空间站的常态化运营
神舟十二号已经成功返回，不久之后天舟三号和神舟十三号将接力“直冲云霄”了，而未来，也会有更多的航天任务。
这里有一个原则，神舟飞船采用的是滚动备份的发射模式。
当神舟十三号准备发射的时候，神舟十四号也已经完成发射前的各项准备工作；
当神舟十三号确定了安全对接空间站后，神舟十四号才会转入备份模式，真真是“有备无患”了。
滚动备份的模式是为了充分确保航天员的生命安全而设置的，这也将是天宫号空间站常态化运营的轮转方式。下一步，神舟十三号的航天员将在轨停留6个月，而长达半年的太空之旅也会是今后空间站运营的标准配置。
从神舟五号，到神舟十三号；飞行时间从21小时28分，到6个月……航天员能在太空中停留的时间越来越长，去往太空也会变得越来越容易。
我们相信，中国航天将会不断突破，探索宇宙的脚步会走得更远、更稳。
