一文看懂：神舟十三号返回地面的全过程

　　本文来自微信公众号：腾讯太空（ID：qqtaikong），作者：乔辉，原文标题：《出差半年，神舟十三号成功返回地面！一文快速扫光核心知识点》，题图来自：视觉中国

　　据央视新闻消息，2022年4月16日上午10时左右，神舟十三号载人飞船成功返回地面，圆满完成任务。

　　从2021年10月16日，神舟十三号飞船与空间站对接成功算起，到2022年4月16日神舟十三号载人飞船返回地面，航天员乘组在空间站组合体工作生活共计半年时间，刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。

　　图注：航天员翟志刚出舱。

　　

　　图注：航天员王亚平出舱。

　　

　　图注：航天员叶光富出舱。

　　一、神舟十三号飞船返回的是哪一部分？

　　我们知道，神舟十三号飞船是三舱结构，由轨道舱、返回舱和推进舱构成。只有载人的返回舱最终能回到地面，轨道舱和推进舱则最终坠入地球大气销毁。下面我们回顾一下各舱段的作用。

　　图注：神舟载人飞船结构（艺术图）。

　　轨道舱是一个圆柱体，总长度为2.8米，最大直径2.27米，一端与返回舱相通，另一端与空间对接机构连接。轨道舱集工作、吃饭、睡觉和清洁等诸多功能于一体。

　　返回舱呈钟形，有舱门与轨道舱相通。返回舱是飞船的指挥控制中心，长2米，直径2.4米，内设可供三名航天员斜躺的座椅，供航天员起飞、上升和返回阶段乘坐。

　　推进舱呈圆柱形，长3米，直径2.5米，底部直径2.8米，内部装载推进系统的发动机和推进剂，为飞船提供调整姿态和轨道以及制动减速所需要的动力，还有电源、环境控制和通信等系统的部分设备。

　　二、神舟十三号飞船是如何返回地面的？都经历了哪些挑战？

　　我们知道，神舟十三号飞船与空间站运行在接近400公里高的轨道上，以接近每秒8公里的速度运动，飞船具有极大的势能和动能，要想稳稳落地就需要把这些能量耗散掉。耗散能量的办法就是不断各种“刹车”。

　　另外，这次神舟十三号采用了快速返回方案，是为了减少航天员在飞船内的停留时间，这次设计了绕地球5圈的快速返回方案，而之前是11圈。

　　第一次刹车

　　首先神舟十三号飞船转体90度丢弃掉轨道舱，然后再继续转90度让推进舱的发动机冲前，随后发动机点火反推，让飞船脱轨运行轨道，进入返回地球轨道，飞船以无动力状态在地球引力的作用下自由下落。

　　图注：返回舱与推进舱分离（艺术图）

　　在距离地面140公里的时候，飞船再丢弃掉推进舱，此时飞船只剩返回舱了。

　　第二次刹车

　　图注：返回舱再入大气层（艺术图）

　　在距离地面100公里的时候，返回舱开始进入大气。返回舱高速进入大气层后，强烈压缩其前面的空气，造成温度急剧升高，温度可达2000度左右。

　　也就是说，返回舱被一层高温的等离子体包围着。等离子体有一个特性，能够屏蔽电磁波，形成所谓的“黑障”区，这就造成了返回舱与地面控制人员无法进行通讯，这种情况可持续数分钟。在距离地面40公里的时候，黑障消失，返回舱与地面重新恢复联系。

　　第三次刹车

　　在距离地面10公里的时候，依次打开减速伞与主降落伞，减速伞能够让返回舱的速度降低到60米每秒，主降落伞能够让返回舱速度降低到3米每秒！

　　第四次刹车

　　当距离地面只有1米的时候，返回舱底部的反推发动机瞬间点火，最终把最后的一点速度也抵消掉，返回舱完成太空之旅。

　　三、神舟十三号飞船的返回与以往有什么不同？

　　第一，关心航天的小伙伴应该会知道，神舟十二号之前，我国航天员返回都会降落在四子王旗降落场，为什么神舟十三和神舟十二号选择东风降落场？

　　东风着陆场位于内蒙古阿拉善盟额济纳旗的中南部地区。场区的南部是巴丹吉林沙漠的一条小沙带，东部渐渐进入巴丹吉林沙漠，其理论瞄准点位于载人航天发射场的东南方向。至于为什么选择东风着陆场，应该是由此次太空任务的轨道高度和倾角等因素综合决定的。

　　第二个方面的变化是神舟十三号飞船和神舟十二号飞船的返回控制系统采用了预测制导的方案，比以往的控制系统更进了一步。神舟十三号和神舟十二号飞船采用北斗信号来实时定位自己的位置，同时在预测返回的过程中，实时预测自己的落点，如果发生偏差，就会进行纠正。采用这种预测指导方案，返回的落点精度会更加提高。

　　第三方面的变化是， 正如开头提到的那样，神舟十三号采用了快速返回方案，是为了减少航天员在飞船内的停留时间。

　　四、航天员返回地球后要进行隔离吗？

　　是的！要进行医学隔离。资料显示，航天员要进行身体恢复，一般分为医学隔离期、医学疗养期和恢复疗养期三个阶段。

　　医学隔离期约为14天。航天员在航天员公寓内适应地球重力环境，提高心血管系统和支持运动器官功能，提高立位耐力，消除飞行后疲劳。

　　医学疗养期为20天至30天。航天员将入住天气好、空气好的疗养院，在继续恢复健康的同时逐渐增加活动量。

　　恢复疗养期大约为3个月。在这期间，要将航天员各项生理参数恢复到飞行前的状态。3个月后航天员如果身体情况良好，就可开始正常的日常训练。

　　五、神舟十三号航天任务精彩回顾

　　作为我国目前在轨时间最长的航天员乘组，神舟十三号3名航天员在轨期间进行了2次出舱活动、2次“天宫课堂”和2次“天宫对话”活动，其间还在神舟十二号的基础上，完成了20多项科学实验任务。

　　1. 首次在轨飞行6个月

　　2021年10月16日0时23分，神舟十三号载人飞船发射，航天员翟志刚、王亚平和叶光富刷新神舟十二号乘组创造的92天连续在轨飞行纪录，首次在轨飞行6个月，期间首次实现4个航天器组合体在轨飞行，创造新的中国高度，为后续空间站航天员半年一轮换的任务规划奠定基础。

　　2. 首次与核心舱实现径向交会对接

　　神舟十三号飞船飞向空间站核心舱，依然采用自主快速交会对接技术，发射升空后最快仅需6.5小时就能与核心舱完成对接。但是，此次交会对接与神舟十二号的对接方式完全不同。神舟十二号是从水平方向与核心舱对接，而此次神舟十三号要从核心舱下方进行对接，实现了国内首次。

　　3. 中国空间站首次太空授课

　　2021年12月9日 15时40分，“天宫课堂”第一课正式开讲，时隔8年之后， 中国航天员再次进行太空授课。“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课，这是中国空间站首次太空授课活动。

　　4. 首次在太空过春节

　　2022年1月31日是除夕，今年春节是中国航天员第一次在太空过年，航天员们在空间站过大年、贴福字，写春联，送祝福，看春晚，让虎年春节“太空感”十足。

　　5. 2022年3月23日下午进行了第二次太空授课

　　航天员梯队向广大学生演示了四大科学实验。

　　图注：水油分离实验：演示失重环境下水油分层现象消失、通过旋转产生离心力实现分层。

　　

　　图注：太空“冰雪”实验：演示失重状态下的饱和液体结晶现象。

　　

　　图注：液桥演示实验：演示失重环境下水的表面张力作用。

　　

　　图注：太空抛物实验：演示天地之间抛物区别。空间站中，抛出去的冰墩墩沿直线匀速运动。

　　六、神舟飞船任务极简史

　　神舟一号于1999年11月20日发射，1999年11月21日成功返回，全程历时21小时11分。这是第一艘无人试验飞船。

　　神舟二号于2001年1月10日发射，2001年1月16日成功返回，全程历时7天10小时22分。这是中国载人航天工程的第二次飞行试验，标志着中国载人航天事业取得了新的进展。

　　神舟三号于2002年3月25日发射，2002年4月1日成功返回，全程历时6天18小时51分。这是中国载人航天工程发射的第三艘飞船，为一艘正样无人飞船。

　　神舟四号于2002年12月30日发射，2003年1月5日成功返回，全程历时6天18小时36分。神舟四号在半年运行中，初步探明飞船运行轨道的空间环境状况，为神舟飞船正式载人积累了宝贵经验。

　　神舟五号搭载杨利伟于2003年10月15日发射，2003年10月16日成功返回，全程历时21小时23分。神舟五号的成功发射实现了中华民族千年飞天的愿望。

　　神舟六号搭载费俊龙和聂海胜于2005年10月12日发射，2005年10月17日成功返回，全程历时4天19小时33分钟，实现我国航天员首次多人多天飞行。

　　神舟七号搭载翟志刚、刘伯明和景海鹏于2008年9月25日发射，2008年9月28日成功返回，全程历时2天20小时27分钟。在此期间，实现我国航天员首次空间出舱活动。

　　神舟八号于2011年11月1日发射，2011年11月17日成功返回，全程历时16天13小时34分钟。这是一次无人发射，主要目的是验证神舟飞船与天宫一号的对接。

　　神舟九号搭载景海鹏、刘旺和刘洋于2012年6月16日发射，2012年6月29日成功返回，全程历时12天15小时24分钟。飞船同天宫一号实施了自动交会对接，在此次任务中，中国首位女宇航员刘洋进入太空。

　　神舟十号搭载聂海胜、张晓光和王亚平于2013年6月11日发射，2013年6月26日成功返回，全程历时14天14小时29分钟。在此期间，神舟十号与天宫一号组成组合体飞行12天，航天员还首次进行了太空授课。

　　神舟十一号搭载景海鹏和陈冬于2016年10月17日发射，2016年11月18日成功返回。全程历时32天6小时29分钟。在此期间，神舟十一号与天宫二号实现自动交会对接工作，为中国空间站建造运营和航天员长期驻留奠定了坚实的基础。

　　神舟十二号搭载聂海胜、刘伯明和汤洪波于2021年6月17日发射，对接我国空间站“天和”核心舱，2021年9月17日成功返回地面，刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。

　　神舟十三号搭载翟志刚、王亚平和叶光富于2021年10月16日发射，并成功对接我国空间站，2022年4月16日成功返回地面，再次刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。

　　七、到2022年年底，建设空间站还有六次发射计划

　　喜欢航天的朋友有福了，在2021和2022两年时间里，建设空间站的火箭进行11次发射，目前已经执行了5次发射，还有6次发射。执行这些任务的分别是发射空间站各舱室的长征五号B火箭、发射货运飞船的长征七号火箭和发射载人飞船的长征二号F火箭。

　　图注：建成后我国空间站的基本结构，可见货运飞船、载人飞船与核心舱对接的状态（艺术图）

　　其中，长征五号B和长征七号在文昌发射中心发射，神舟载人飞船在酒泉卫星发射中心发射，届时，有条件的朋友记得到现场观看。

　　本文来自微信公众号：腾讯太空（ID：qqtaikong），作者：乔辉