 近日，“中国空间站等你来出差”系列课程走进北京第二实验小学，一位小同学提问：“神舟十三号返回舱的实际着陆点和预测着陆点误差仅130米，这是怎么做到预测这么精确的呢？” 52年前，我国成功发射了第一颗人造卫星——东方红一号，从此开启了我国的航天时代。虽然这颗人造卫星早已停止工作，而且也没有动力，但由于它的轨道较高，并没有被地球引力拽回稠密的大气层，而是一直依靠惯性绕着地球转动，它默默见证了中国航天的蓬勃发展。  时至今日，我们不但把多名航天员送上太空，然后再安全返回，而且我国还自主建造了完全属于我们自己的中国空间站。从神舟十二号开始，我国的空间站迎来了航天员的驻留。 在神舟十二号之后，神舟十三号航天员乘组入驻空间站，此次任务为期长达半年，创造了我国载人航天单次任务时间之最。在此期间，神舟十三号任务进行了空间站关键技术的验证，为接下来的全面建造打下坚实基础。  不久前，结束任务的神舟十三号成功返回地球。在返回舱着陆之前，北京航天飞行控制中心给出的最后一次落点预报为东经100°09′43″，北纬41°39′11″。  在目视到神舟十三号返回舱着陆时，空中搜救分队很快就到达现场。在返回舱着陆后，给出的落点坐标为东经100°09′39″，北纬41°39′14″。通过计算可知，实际落点坐标与预测的落点坐标相差只有大约0.13公里，也就是130米。那么，如此高的预测精度是怎么做到的呢？  对此，北京飞控中心空间站任务副总师李大琪，夸赞这位小同学的问题问得很专业。李副总师介绍，这需要精确计算神舟十三号飞船返回时的制动控制量，同时还要考虑到返回舱打开降落伞后，高空风带来的影响。这背后需要精确的计算和控制。  神舟十三号载人飞船第一次使用了快速返回技术，大幅减少返回时间。飞船先与空间站飞离，以7.68公里/秒的速度绕着地球转了5圈。然后，飞船发动机点火，进行调姿和制动，轨道舱分离，返回-推进舱组合体的速度降下来，脱离绕飞地球的轨道，转而进入返回轨道。  飞船的发动机点火时机、制动持续时间和方向非常关键，都需要精确控制好。如果制动推力过大，导致飞船减速过多，就会让飞船以很大的角度冲入稠密大气层，与空气相互作用过于强大，使得飞船温度变得太高而烧毁。  如果制动推力太小，导致飞船减速不够，就会让飞船以很小的角度再入大气层。由于速度快、角度小，飞船将无法进入大气层中，而是像打水漂一样被弹回太空中。 到了145公里高时，推进舱分离，返回舱调好姿态，以1.6°左右的再入攻角再入大气层。只有这样，返回舱才能正常返回，并在东风着陆场的预定区域内着陆。  如果返回舱以完美的弹道下落，可以提前很早极为准确地预测落点坐标。但实际并非如此，随着返回舱高度不断降低，落点预报的坐标也在不断变化。尤其是在返回舱打开降落伞后，高空风会对返回舱最终的确切着陆点产生很大影响。  返回舱在着陆期间，总共进行了四次落点预报。第一次和第二次落点预报的坐标较为接近，第三次逐渐向东北方向偏移，第四次发生了更大幅度的偏移。第一次与第四次落点预报的坐标相距可达6.98公里，将近7公里。  在神舟十三号返回时，地面风速为8米/秒，而高空风速超过30米/秒，这么强的风速对于返回舱落点的精确预报产生了不小的影响。考虑到这些偏差，经过多次的计算之后，最终让返回舱的预测着陆坐标准确接近实际着陆坐标。 |
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