太空研究所 喬輝
據(jù)央視新聞消息，2022年4月16日上午10時左右，神舟十三號載人飛船成功返回地面，圓滿完成任務。
從2021年10月16日，神舟十三號飛船與空間站對接成功算起，到2022年4月16日神舟十三號載人飛船返回地面，航天員乘組在空間站組合體工作生活共計半年時間，刷新了中國航天員單次飛行任務太空駐留時間的紀錄。
神舟十三號飛船返回的是哪一部分？
我們知道，神舟十三號飛船是三艙結構，由軌道艙、返回艙和推進艙構成。只有載人的返回艙最終能回到地面，軌道艙和推進艙則最終墜入地球大氣銷毀。下面我們回顧一下各艙段的作用。
圖注：神舟載人飛船結構（藝術圖）。
軌道艙是一個圓柱體，總長度為2.8米，最大直徑2.27米，一端與返回艙相通，另一端與空間對接機構連接。軌道艙集工作、吃飯、睡覺和清潔等諸多功能于一體。
返回艙呈鐘形，有艙門與軌道艙相通。返回艙是飛船的指揮控制中心，長2米，直徑2.4米，內設可供三名航天員斜躺的座椅，供航天員起飛、上升和返回階段乘坐。
推進艙呈圓柱形，長3米，直徑2.5米，底部直徑2.8米，內部裝載推進系統(tǒng)的發(fā)動機和推進劑，為飛船提供調整姿態(tài)和軌道以及制動減速所需要的動力，還有電源、環(huán)境控制和通信等系統(tǒng)的部分設備。
神舟十三號飛船是如何返回地面的？都經(jīng)歷了哪些挑戰(zhàn)？
我們知道，神舟十三號飛船與空間站運行在接近400公里高的軌道上，以接近每秒8公里的速度運動，飛船具有極大的勢能和動能，要想穩(wěn)穩(wěn)落地就需要把這些能量耗散掉。耗散能量的辦法就是不斷各種“剎車”。
另外，這次神舟十三號采用了快速返回方案，是為了減少航天員在飛船內的停留時間，這次設計了繞地球5圈的快速返回方案，而之前是11圈。
第一次剎車
首先神舟十三號飛船轉體90度丟棄掉軌道艙，然后再繼續(xù)轉90度讓推進艙的發(fā)動機沖前，隨后發(fā)動機點火反推，讓飛船脫軌運行軌道，進入返回地球軌道，飛船以無動力狀態(tài)在地球引力的作用下自由下落。
圖注：返回艙與推進艙分離（藝術圖）
在距離地面140公里的時候，飛船再丟棄掉推進艙，此時飛船只剩返回艙了。
第二次剎車
圖注：返回艙再入大氣層（藝術圖）
在距離地面100公里的時候，返回艙開始進入大氣。返回艙高速進入大氣層后，強烈壓縮其前面的空氣，造成溫度急劇升高，溫度可達2000度左右，也就是說，返回艙被一層高溫的等離子體包圍著。等離子體有一個特性，能夠屏蔽電磁波，形成所謂的“黑障”區(qū)，這就造成了返回艙與地面控制人員無法進行通訊，這種情況可持續(xù)數(shù)分鐘。
在距離地面40公里的時候，黑障消失，返回艙與地面重新恢復聯(lián)系。
第三次剎車
在距離地面10公里的時候，依次打開減速傘與主降落傘，減速傘能夠讓返回艙的速度降低到60米每秒，主降落傘能夠讓返回艙速度降低到3米每秒！
第四次剎車
當距離地面只有1米的時候，返回艙底部的反推發(fā)動機瞬間點火，最終把最后的一點速度也抵消掉，返回艙完成太空之旅。
神舟十三號飛船的返回與以往有什么不同？
第一、關心航天的小伙伴應該會知道，神舟十二號之前，我國航天員返回都會降落在四子王旗降落場，為什么神舟十三和神舟十二號選擇東風降落場？
東風著陸場位于內蒙古阿拉善盟額濟納旗的中南部地區(qū)。場區(qū)的南部是巴丹吉林沙漠的一條小沙帶，東部漸漸進入巴丹吉林沙漠，其理論瞄準點位于載人航天發(fā)射場的東南方向。至于為什么選擇東風著陸場，應該是由此次太空任務的軌道高度和傾角等因素綜合決定的。
第二個方面的變化是神舟十三號飛船和神舟十二號飛船的返回控制系統(tǒng)采用了預測制導的方案，比以往的控制系統(tǒng)更進了一步。神舟十三號和神舟十二號飛船采用北斗信號來實時定位自己的位置，同時在預測返回的過程中，實時預測自己的落點，如果發(fā)生偏差，就會進行糾正。采用這種預測指導方案，返回的落點精度會更加提高。
第三方面的變化是， 正如開頭提到的那樣，神舟十三號采用了快速返回方案，是為了減少航天員在飛船內的停留時間。
航天員返回地球后要進行隔離嗎？
是的！要進行醫(yī)學隔離。資料顯示，航天員要進行身體恢復，一般分為醫(yī)學隔離期、醫(yī)學療養(yǎng)期和恢復療養(yǎng)期三個階段。
醫(yī)學隔離期約為14天。航天員在航天員公寓內適應地球重力環(huán)境，提高心血管系統(tǒng)和支持運動器官功能，提高立位耐力，消除飛行后疲勞。
醫(yī)學療養(yǎng)期為20天至30天。航天員將入住天氣好、空氣好的療養(yǎng)院，在繼續(xù)恢復健康的同時逐漸增加活動量。
恢復療養(yǎng)期大約為3個月。在這期間，要將航天員各項生理參數(shù)恢復到飛行前的狀態(tài)。3個月后航天員如果身體情況良好，就可開始正常的日常訓練。
神舟十三號航天任務精彩回顧
作為我國目前在軌時間最長的航天員乘組，神舟十三號3名航天員在軌期間進行了2次出艙活動、2次“天宮課堂”和2次“天宮對話”活動，其間還在神舟十二號的基礎上，完成了20多項科學實驗任務。
1、首次在軌飛行6個月
2021年10月16日0時23分，神舟十三號載人飛船發(fā)射，航天員翟志剛、王亞平和葉光富刷新神舟十二號乘組創(chuàng)造的92天連續(xù)在軌飛行紀錄，首次在軌飛行6個月，期間首次實現(xiàn)4個航天器組合體在軌飛行，創(chuàng)造新的中國高度，為后續(xù)空間站航天員半年一輪換的任務規(guī)劃奠定基矗
2、首次與核心艙實現(xiàn)徑向交會對接
神舟十三號飛船飛向空間站核心艙，依然采用自主快速交會對接技術，發(fā)射升空后最快僅需6.5小時就能與核心艙完成對接。但是，此次交會對接與神舟十二號的對接方式完全不同。神舟十二號是從水平方向與核心艙對接，而此次神舟十三號要從核心艙下方進行對接，實現(xiàn)了國內首次。
3、中國空間站首次太空授課
2021年12月9日 15時40分，“天宮課堂”第一課正式開講，時隔8年之后， 中國航天員再次進行太空授課。“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課，這是中國空間站首次太空授課活動。
4、首次在太空過春節(jié)
2022年1月31日是除夕，今年春節(jié)是中國航天員第一次在太空過年，航天員們在空間站過大年、貼福字，寫春聯(lián)，送祝福，看春晚，讓虎年春節(jié)“太空感”十足。
5、2022年3月23日下午進行了第二次太空授課。航天員梯隊向廣大學生演示了四大科學實驗。
圖注：水油分離實驗：演示失重環(huán)境下水油分層現(xiàn)象消失、通過旋轉產(chǎn)生離心力實現(xiàn)分層。
圖注：太空“冰雪”實驗：演示失重狀態(tài)下的飽和液體結晶現(xiàn)象。
圖注：液橋演示實驗：演示失重環(huán)境下水的表面張力作用。
圖注：太空拋物實驗：演示天地之間拋物區(qū)別�？臻g站中，拋出去的冰墩墩沿直線勻速運動。
神舟飛船任務極簡史
神舟一號于1999年11月20日發(fā)射，1999年11月21日成功返回，全程歷時21小時11分。這是第一艘無人試驗飛船。
神舟二號于2001年1月10日發(fā)射，2001年1月16日成功返回，全程歷時7天10小時22分。這是中國載人航天工程的第二次飛行試驗，標志著中國載人航天事業(yè)取得了新的進展。
神舟三號于2002年3月25日發(fā)射，2002年4月1日成功返回，全程歷時6天18小時51分。這是中國載人航天工程發(fā)射的第三艘飛船，為一艘正樣無人飛船。
神舟四號于2002年12月30日發(fā)射，2003年1月5日成功返回，全程歷時6天18小時36分。神舟四號在半年運行中，初步探明飛船運行軌道的空間環(huán)境狀況，為神舟飛船正式載人積累了寶貴經(jīng)驗。
神舟五號搭載楊利偉于2003年10月15日發(fā)射，2003年10月16日成功返回，全程歷時21小時23分。神舟五號的成功發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年飛天的愿望。
神舟六號搭載費俊龍和聶海勝于2005年10月12日發(fā)射，2005年10月17日成功返回，全程歷時4天19小時33分鐘，實現(xiàn)我國航天員首次多人多天飛行。
神舟七號搭載翟志剛、劉伯明和景海鵬于2008年9月25日發(fā)射，2008年9月28日成功返回，全程歷時2天20小時27分鐘。在此期間，實現(xiàn)我國航天員首次空間出艙活動。
神舟八號于2011年11月1日發(fā)射，2011年11月17日成功返回，全程歷時16天13小時34分鐘。這是一次無人發(fā)射，主要目的是驗證神舟飛船與天宮一號的對接。
神舟九號搭載景海鵬、劉旺和劉洋于2012年6月16日發(fā)射，2012年6月29日成功返回，全程歷時12天15小時24分鐘。飛船同天宮一號實施了自動交會對接，在此次任務中，中國首位女宇航員劉洋進入太空。
神舟十號搭載聶海勝、張曉光和王亞平于2013年6月11日發(fā)射，2013年6月26日成功返回，全程歷時14天14小時29分鐘。在此期間，神舟十號與天宮一號組成組合體飛行12天，航天員還首次進行了太空授課。
神舟十一號搭載景海鵬和陳冬于2016年10月17日發(fā)射，2016年11月18日成功返回。全程歷時32天6小時29分鐘。在此期間，神舟十一號與天宮二號實現(xiàn)自動交會對接工作，為中國空間站建造運營和航天員長期駐留奠定了堅實的基矗
神舟十二號搭載聶海勝、劉伯明和湯洪波于2021年6月17日發(fā)射，對接我國空間站“天和”核心艙，2021年9月17日成功返回地面，刷新了中國航天員單次飛行任務太空駐留時間的紀錄。
神舟十三號搭載翟志剛、王亞平和葉光富于2021年10月16日發(fā)射，并成功對接我國空間站，2022年4月16日成功返回地面，再次刷新了中國航天員單次飛行任務太空駐留時間的紀錄。
到2022年年底，建設空間站還有六次發(fā)射計劃
喜歡航天的朋友有福了，在2021和2022兩年時間里，建設空間站的火箭進行11次發(fā)射，目前已經(jīng)執(zhí)行了5次發(fā)射，還有6次發(fā)射。執(zhí)行這些任務的分別是發(fā)射空間站各艙室的長征五號B火箭、發(fā)射貨運飛船的長征七號火箭和發(fā)射載人飛船的長征二號F火箭。
圖注：建成后我國空間站的基本結構，可見貨運飛船、載人飛船與核心艙對接的狀態(tài)（藝術圖）
其中，長征五號B和長征七號在文昌發(fā)射中心發(fā)射，神舟載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，屆時，有條件的朋友記得到現(xiàn)場觀看。
