【环时深度】神十五乘组凯旋，哪些“神器”护航？
【环球时报报道 记者 樊巍】编者的话：4日6时33分，神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，航天员费俊龙、邓清明、张陆顺利出舱。航天员乘组当天乘机平安抵达北京，将进入隔离恢复期，进行全面的医学检查和健康评估。神舟十五号载人飞船返回是我国空间站转入应用与发展阶段后的首次返回任务。为了确保“圆梦乘组”三位航天员平安归来，各系统做了哪些周密部署？又有哪些前沿技术被应用于此次返回任务之中呢？
返回过程步步“精心”
在轨工作期间，神舟十五号乘组圆满完成了4次出舱任务，成为执行出舱任务次数最多的乘组，为后续开展大规模舱外科学与技术任务奠定了基础。
航天科技集团五院载人飞船回收试验队总体负责人彭华康3日向《环球时报》记者介绍称，此次神舟十五号载人飞船返回，分为分离、制动、再入、减速、着陆缓冲五个阶段，五个阶段可谓环环相扣，步步“精心”。
“在分离阶段，此次返回仍然延续神舟十三号以来的快速返回方案，即神舟十五号载人飞船在与空间站组合体分离后，绕地球飞行5圈后开始返回地面。随后，飞船返回舱与轨道舱分离。”
彭华康进一步介绍称，在制动阶段，神舟十五号载人飞船延续神舟十二号以来的预测-校正双环制导方式，使返回舱以精确计算的再入角度进入地球大气层，推进舱在穿越大气层时烧毁。
在再入阶段，舱上自带的发动机将返回舱调整为大底朝前的配平状态，以升力控制的方式再入。在再入过程的黑障区，返回舱与地面信号中断，研制团队为此设计了一套全自动的处理方式，保证舱体顺利穿越黑障区。在减速阶段，此次返回舱距离地面10公里左右时，返回舱引导伞、减速伞和主伞相继打开，将飞船的速度降低到每秒几米。在着陆缓冲阶段，此次返回舱距离地面1米左右时，反推发动机向下点火，使返回舱进一步减速，最终以1-2米每秒的速度着陆。
黑障区测控技术重大突破
在神十五乘组返回地球过程中，当飞船返回舱进入大气层后，会进入黑障区，此时由于高温摩擦，整个返回舱的表面会形成一个等离子体，这段时间会和地面失去联系。这个阶段堪称返回过程中最危险的环节之一。本次返回任务中，科技人员对返回舱在穿越黑障区时的稳定跟踪，表明我国在载人飞船返回穿越黑障区跟踪测量难题上取得重大突破。
酒泉卫星发射中心敦煌测控区任务区间涵盖了飞船返回进出黑障区的全过程，是实现飞船在黑障区稳定跟踪的核心力量。据敦煌测控区指挥长曾强介绍，在神舟十五号载人飞船返回时，他们确定了“优化黑障区雷达跟踪方案托底，完善多云天气下光学跟踪策略求精”的总体思路，在雷达和光学两个方面形成合力，圆满完成了飞船在黑障区的跟踪测量任务。
测控区技术专家吴刚表示，一代代测控人接续攻关，联合多家科研机构，针对飞船在黑障区的雷达回波信号特点，不断完善针对性的信号检测和跟踪技术，现已具备了黑障区稳定跟踪飞船的能力。
据了解，此次返回任务中，西安卫星测控中心和田活动测控分队主要负责对返回舱进入黑障前实施跟踪测量，确保神十五航天员顺利穿越黑障。
西安卫星测控中心和田活动测控分队队长胡凯3日在接受《环球时报》记者采访时介绍称，为了确保测控任务的圆满完成，西安卫星测控中心科研人员对测控天线进行了多次维护，将软、硬件进行更新，采用双设备并行方案，最新一代测控设备首次参试。据《环球时报》记者了解，这套新设备于今年完成安装调试，相较于老设备具有众多优势。信号传输方式也由信号线缆转变为光纤传输。在采用光纤传输技术后，将大大减少任务车辆之间传输的线缆数量，信号传输速率更快。
制导导航与控制系统“更新换代”
空间交会对接制导导航与控制系统（简称GNC）技术是载人航天的三大基本技术之一。我国迄今发射的所有神舟载人飞船、天舟货运飞船的GNC系统，均由航天科技集团五院502所研制。对神舟飞船而言，返回再入GNC技术直接关系到航天员的生命安全。以此次返回任务告捷为标志，我国自神舟十二号飞船起全面升级的，以自主快速交会对接、自主自适应预测再入返回制导为特征的GNC系统，完成了全面更新换代。
《环球时报》记者3日从航天科技集团五院获悉，我国飞船返回再入GNC技术共经历了两代。第一代被称为“标准弹道自适应制导方法”，在神舟一号到神舟十一号的11艘飞船上应用。神舟十二号至神舟十五号这一批次的4艘神舟飞船，采用“自适应预测制导方法”，即第二代返回再入技术。
与以往神舟飞船相比，航天科技集团五院在神舟十二号到神舟十五号这一批次载人飞船上，对交会对接GNC系统进行了全面升级，实现由慢速交会对接到快速交会对接、由面对单舱到面对多舱、由单对接口到多对接口等多个突破。同时，老一代航天人梦想已久的“星光-卫星星座-捷联惯性组合导航”技术，也在这批飞船上得到应用，支撑神舟连续实现高精度返回。
“采用二代返回技术后的最差返回精度比一代的最好都好！”航天科技集团五院空间站系统载人飞船副总设计师胡军向《环球时报》记者介绍，如果采用一代技术，当出现大范围轨道条件变化时，就需要地面进行人工干预。采用二代技术，GNC系统则可以自主适应，此外二代技术还可以适应更宽的在轨、离轨偏差，对气动特性、质量特性等再入条件的稳定性更强，新的制导策略使制导过程姿态控制曲线更平稳，过载和推进剂决策约束更宽。
“如果说这些说法比较晦涩难懂，那么用开伞点精度的概念则更容易理解，采用二代技术的4艘飞船在开伞点精度方面实现了一个数量级的提升。”胡军称。不过，这批神舟飞船并不是“自适应预测制导方法”技术的首秀，据《环球时报》记者了解，该技术此前已在我国新一代载人飞船、嫦娥五号等型号中得到验证。4艘神舟飞船连续的“落点精准”，进一步证明了该方法的科学性、稳定性、先进性和强适应性。
“神州第一伞”再立新功
航天员再入大气层阶段是比较凶险的过程，此时飞船返回舱的速度需要从每秒7.9公里的第一宇宙速度逐渐降到每秒几百米。在距地面约10公里时，返回舱会打开降落伞进一步降速。这件“神器”是如何保障航天员平稳着陆的呢？
返回舱的降落伞分为引导伞、减速伞和主伞。首先，返回舱大约在距地面10公里时自动打开伞舱盖，拉出引导伞，引导伞的主要作用就是拉出减速伞，这时返回舱速度大约为180米每秒。减速伞工作十多秒后，与返回舱分离，同时拉出主伞，这时返回舱的下降速度逐渐由80米每秒减到40米每秒，然后再减至7-8米每秒。整个过程中，为避免过载太大，减速伞和主伞并不能一下子全部打开，要先收口、再打开。
降落伞是确保载人飞船进入大气层后安全返回的关键支撑，对相关产品的可靠性以及开伞动载、稳定性、下降速度等性能指标，提出了极为严苛的要求。据《环球时报》记者了解，返回舱的降落伞由航天科技集团五院508所研制，主伞伞衣面积达1200平方米，若在地面铺展开来大约可覆盖三个标准篮球场，是目前国内面积最大的航天器降落伞，因此也被誉为“神州第一伞”。
主伞由7000多个零部件组成。整个伞的缝线长达10公里，需要十几名加工人员密切合作加工3-4个月才能完成。仅主份降落伞的加工工序，就有30多道。这样的特大伞，摸起来软软的，但并不是随意团起来放在返回舱里，而是整齐有序地叠在伞包中。包伞过程有几十道工序，每一步都不可逆，折叠后的伞衣环幅要保证平坦整齐，伞衣无漏折，边缘无内折。在包伞时，20多名工作人员排成一排，听着口号一起向前卷动伞衣。完成包伞后，伞衣和伞绳将依靠压力包伞机的巨大压力，全部装填进伞包。接下来需要封住伞包口，进行“封包”。这个动作必须在压力解除、但伞衣还未来得及膨胀的那个间隙完成，最多十几分钟。“这强度不亚于在健身房锻炼两小时。”航天科技集团五院508所一名工作人员告诉《环球时报》记者，自己虽已多次参与封包，但每当谈到这个环节，都非常感慨。
“在飞船降落伞研制之初，曾有人提议能否从国外引进相关技术。但对方提出技术转让费为1500万美元的天价。除了价格高昂，引进了技术也不等于拿来就可以直接使用，我们仍需要做大量的试验验证工作。技术能不能行？产品可不可靠？都是未知数。”
航天科技集团五院508所回收着陆分系统研制队伍一名科研人员告诉《环球时报》记者，研制团队摒弃了技术引进选项，踏上了艰难的“平安伞”攻关之路。如今，从无伞到有伞，从无人伞到有人伞，从试验用伞到成熟大伞，我国航天器回收着陆技术取得长足进步。