我國“神舟十二號”飛船乘組的3名航天員已經在“天宮”空間站的“天和”核心艙工作了近3個月，按計劃，他們將于9月中下旬乘“神舟十二號”飛船返回地面。

飛船返回地面，要由飛船系統、航天員系統和著陸場系統等共同完成，技術較為復雜。此次“神舟十二號”航天員是首次從空間站返回地面，載人的返回艙首次在東風著陸場著陸，所以更有一些與以往不同的特點。我們約請全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩和讀者聊聊有關的科學問題。

神舟飛船返回艙著陸

飛船返回分為四個階段

簡單地說，飛船返回地面是飛船脫離原來的飛行軌道，沿一條下降的軌道再入地球大氣層，通過與空氣摩擦減速，安全降落到地面上的過程。“神舟”飛船的返回可分為以下四個階段。

第一階段是制動減速階段。要使飛船返回地面，必須降低飛船的飛行速度，改變飛行方向，使其脫離原來的飛行軌道，進入下降飛行的軌道。

具體過程為，首先是“神舟十二號”飛船與“天和”核心艙之間的對接機構進行解鎖，使2個航天器脫開。然后啟動推進系統，產生分離速度。同時啟動2個航天器的姿控和軌控系統，保證飛船按預定要求撤離。

飛船在太空中運行最后一圈時，地面向飛船發出返回指令，飛船隨即調整姿態，相對前進方向向左偏航（逆時針轉）90°，變成橫向飛行狀態，這是第一次調整姿態；然后軌道艙與返回艙以1～2米/秒的相對速度分離；然后返回艙與推進艙組合體再向逆時針方向轉90°，使推進艙朝前，這是第二次調整姿態；達到這種制動姿態后，飛船推進艙上的發動機點火工作，使飛船降低速度，進入到返回地球的軌道。

第二階段是自由滑行階段。返回艙與推進艙組合體離開原來的運行軌道后，就以無動力飛行狀態自由下降。當返回艙與推進艙組合體高度降至距離地面140千米時，推進艙和返回艙分離，推進艙在進入大氣層時燒毀，返回艙繼續下降，并消除由于兩艙分離時產生的返回艙姿態分離干擾，建立正確的再入姿態角（速度方向與當地水平面的夾角），準備再入大氣層。這個角度必須精確地控制在一定的范圍內，一般為1.5°至1.7°，因為如果返回艙的再入姿態角太大，返回艙在再入大氣層時會由于速度太快，而使最大過載超標，航天員受不了，返回艙甚至會像流星一樣在大氣層中燒毀；如果再入姿態角太小，返回艙會從大氣層邊緣擦邊而過，無法返回。

第三階段是再入大氣層階段。返回艙在距離地面100千米時開始再入大氣層。返回艙以7.9千米/秒的速度再入大氣層時，會與大氣產生劇烈摩擦，使返回艙變成了閃光的火球，周圍產生的等離子氣體層，屏蔽了電磁波，這時返回艙表面和大氣層摩擦形成“黑障”，使返回艙暫時與地面失去聯系，直到距離地球約40千米處時黑障消失，返回艙與地面的聯系又恢復了。

在再入大氣層的過程中，從再入大氣層到20千米高度期間，返回艙通過對飛船側傾角的變化來實現返回升力控制，使返回時的過載不大于4g（重力加速度單位），而且可以比較精確地返回到著陸場。

第四階段是回收著陸階段。在距地面約10千米時回收著陸系統開始工作。它先打開傘艙蓋，然后依次拉開引導傘、減速傘、牽頂傘和主降落傘。其中減速傘可把返回艙的速度從200米/秒減至60～70米/秒，主降落傘可把返回艙的速度由70米/秒減至5～6米/秒。另外，返回艙降到一定高度（距地面約5.5千米）還要拋掉返回艙的防熱大底，以便露出返回艙底部的反推發動機。在距地面1米左右時，4臺反推發動機點火，使返回艙以大約3米/秒的速度軟著陸，從而保證航天員著陸時的安全。

返回艙安全著陸后，其標位系統開始工作，指示自己所在位置，以使搜索救援系統及時發現目標。這次為了能快速而準確地找到返回艙，保證整個任務的成功和航天員的生命安全，航天五院510所新研制了國際救援示位標，它集定位信息獲取、數據處理、編碼調制發射于一體，具有高定位準確性，可實現緊急狀態下救援的可靠性和實效性。

返回艙與推進艙分離示意圖

返回艙再入大氣層示意圖

首次啟用副著陸場

在返回艙著陸過程中，著陸場系統將發揮重要作用。該系統負責飛船返回艙的返回測量、搜索尋找和航天員的營救。

選擇著陸場涉及許多技術和社會問題，因為選擇著陸場不僅要考慮發射場的位置、運行軌道傾角和高度、返回制動點位置、返回艙返回軌道和航天員的安全等，還與我國經度緯度覆蓋范圍、大陸的地形地貌地質、氣象、交通、陸上著陸海上濺落的搜救能力等密切相關。

根據上述要求，經過大量的勘測、調研、分析和比較，我國最終選擇了內蒙古中部四子王旗地區作為主著陸場。考慮到氣象相關性小、地勢平坦開闊、返回機會多、測控設備可充分利用等因素，我國選擇了距離主著陸場1000千米的酒泉衛星發射中心東南部地區為副著陸場，即東風著陸場。

這次“神舟十二號”飛船返回難度比以往大。一是因為在“神舟十二號”之前，載人飛船都從固定的軌道返回地球，但在空間站任務中，空間站的軌道高度會隨著不同時間節點有一些變化，為了節省空間站推進劑的消耗，將不為了飛船返回而調整空間站的軌道，所以飛船再入點不再是固定的了，為此，“神舟”團隊對返回軌道重新進行了適應性的設計，使載人飛船返回高度從固定值調整為相對范圍，并改進返回的算法，提高了載人飛船返回適應性和可靠性。

二是因為“神舟十二號”不再是在過去常用的四子王旗主著陸場著陸，而是在東風著陸場著陸。東風著陸場位于內蒙古阿拉善盟額濟納旗的中南部地區。場區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射場的東南方向。場區東西平均寬約120千米，南北長約190千米，從中可以選出幾塊區域作為著陸區。該地區屬溫帶干旱荒漠氣候，冬季干冷，夏季炎熱，少雨，多風。由于該著陸場位于沙漠和戈壁上，也有山地等高凸或坑洼的地形，所以搜索救援難度比以前高，這回將首次檢驗東風著陸場的搜索救援能力。

在返回艙著陸過程中和著陸后，地面搜救工作舉足輕重。目前，我國一般采用“空中搜救航天員，地面處置返回艙”的模式，這樣可以實現“快速定位、快速到達、安全出艙”。因此，著陸場搜救通常包括空中搜索和地面搜索救援回收兩個部分。

空中搜索直升機一般配置7架：指揮機1架，通信機1架，搜救機1架，醫學監督和醫學保障機1架，醫療救護機3架，它們均安裝了“北斗”衛星導航定位系統，動態信息可實時傳回北京航天飛控中心，主要負責返回艙搜索和航天員救援。

搜索方式在空間上形成重疊的3個層次：一是遠距離搜索發現目標，在返回艙出黑障前，用雷達對返回艙進行跟蹤測量，預報著陸點位置；二是中距離搜索發現目標，在返回艙出黑障后，利用統一S頻段測量設備跟蹤測量返回艙至主傘的開傘點，直升機甚高頻定向儀接收信標信息并跟蹤返回艙至落點；三是近距離搜索發現目標，以著陸點的預報位置為中心，用直升機定向儀和車載高頻定向儀搜索尋找返回艙。

在直升機搜救航天員的任務完成后，返回艙的處理和運送任務就交由指揮調度車、工程運輸車、航天員運輸車、返回艙吊車和載荷運輸車等特種車輛組成的地面搜索回收車隊，他們負責現場返回艙后續處置和回收，按預定程序進行現場相關處置，將返回艙和有效載荷運至附近火車站，經鐵路轉運北京。

主傘攜帶返回艙穩定下降

救援直升機

著陸后醫監醫保很重要

搜救隊通過服裝顏色區分工作種類，紅色工作服是著陸場系統的搜救人員，白色工作服是航天員系統的醫學監督和醫學保障（簡稱醫監醫保）人員，藍色工作服是飛船系統的返回艙處置人員。

一般先由返回艙處置人員先檢查返回艙，包括反推發動機推進劑是否有殘留，用特制的γ射線源防護蓋屏蔽返回艙底部的γ高度計的γ源，防止輻射給救援人員帶來危害。接著，打開返回艙艙門，醫監醫保人員進入返回艙對航天員健康狀況進行初步的醫學檢查和確認，在返回艙內協助航天員初步對地面重力進行再適應，包括肢體運動，逐步站立適應，補充飲用水和營養液。航天員出艙后，還需要對返回艙再次進行安全處理，首先關閉返回艙電源，取出備用火工品備用單元，然后卸下高度計的γ源后存儲于專用保護容器內等。

由于“神舟十二號”航天員飛行了3個月，航天員在太空的工作量大，比較疲勞，立位耐力下降較多，所以“神舟十二號”航天員著陸后需在艙內用較長時間來適應地面重力環境，然后在工作人員協助下出艙，并且出艙后所有活動全部采取坐位，以確保航天員安全。這是因為航天員在長期失重環境中生活和工作后，會出現骨質疏松、肌肉萎縮和立位耐力差等問題，如果自己走容易摔倒甚至骨折。返回地面初期，應避免與航天員擁抱，更不能因興奮而向空中拋擲航天員。

此后，醫監醫保人員在醫監醫保直升機內協助航天員脫下航天服，實施衛生清潔，更換內衣；對航天員進行體檢，采集樣本，收集生理數據；評價航天員的健康狀況，給予必要的醫監醫保處置；送航天員登機并全程陪護。

如果遇到航天員出現傷病時，到達現場的醫療救護人員，要利用現場醫療技術和保障條件，對航天員實施必要的緊急現場醫學處置，包括骨折固定，創面或傷口止血和包扎。

航天員回到北京后要進行身體恢復，一般分為醫學隔離期、醫學療養期和恢復療養期三個階段。

醫學隔離期約為14天。航天員在航天員公寓內適應地球重力環境，提高心血管系統和支持運動器官功能，提高立位耐力，消除飛行后疲勞。

在隔離期內，航天員醫生要對航天員實施醫學檢查，包括臨床各科常規檢查、立位耐力檢查、平衡功能檢查、人體成分分析、心血管調節與控制功能、人體功能狀態檢測等。重要檢查項目要進行動態跟蹤，實行檢查與體質訓練、恢復相結合，按照循序漸進的原則逐漸增大負荷。可以適當為航天員安排一些平衡訓練、步行訓練、醫療體操游泳、手法放松等。

根據臨床醫學檢查、生理功能檢查結果，航天員醫生要對航天員健康狀況進行綜合分析和評估，以指導后續的恢復措施。在這期間，航天員與外界基本隔絕。

醫學療養期大約20～30天。航天員將入住天氣好、空氣好的療養院，在繼續恢復健康的同時逐漸增加活動量。可安排航天員康復療養，以進一步增強航天員體質，加強生理機能儲備，提高防病抗病的能力，使航天員盡快恢復到飛行前狀態。在療養院可安排景觀治療、體能鍛煉等恢復措施。

恢復療養期大約3個月。在這期間，要將航天員各項生理參數恢復到飛行前的狀態。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。

【趣味知識】

航天員“倒座”返回

在返回艙再入大氣層時，航天員是坐在“倒座”上，即航天員乘坐的座椅方向是與飛船的飛行方向相反的。這是因為返回艙在再入過程中一直處于“剎車”減速狀態，采用“倒座”可以使航天員的頭部和上身緊壓在帶有賦形坐墊的座椅靠背上，這樣航天員便于承受較大的過載。

責任編輯：王鳳一