出差3個(gè)月，航天員要回家了。離開中國空間站，踏上重返地球的路，航天員要闖過哪些關(guān)?與嫦娥五號(hào)帶著月壤回家相比，神舟十二號(hào)回家有何異同?對此，記者專訪了國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光。

　　航天員重返地球風(fēng)險(xiǎn)高，首次在東風(fēng)著陸場降落

　　問：神舟十二號(hào)的三名航天員從太空出發(fā)，重返地球家園，這個(gè)過程大致是怎樣的呢?

　　楊宇光：重返地球是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)過程。航天器以7.8公里每秒的速度環(huán)繞地球運(yùn)行，而空間軌道運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是，如果航天器原來是在一個(gè)圓軌道上運(yùn)行，只需把速度稍降一點(diǎn)點(diǎn)，就會(huì)進(jìn)入一個(gè)橢圓軌道，這個(gè)橢圓軌道離地球最近的點(diǎn)是近地點(diǎn)。當(dāng)速度降到一定程度后，這個(gè)近地點(diǎn)就能低到大氣層內(nèi)了，隨后利用大氣阻力減速。

　　飛船和地心連線與地面的交點(diǎn)被稱為星下點(diǎn)，而飛船運(yùn)行和地球自轉(zhuǎn)使得星下點(diǎn)在地球表面移動(dòng)，形成星下點(diǎn)軌跡。當(dāng)軌跡運(yùn)行到非洲南端附近時(shí)，地面會(huì)向飛船下發(fā)制動(dòng)指令，減速后進(jìn)入近地點(diǎn)降低后的橢圓軌道運(yùn)行。大約在經(jīng)過巴基斯坦卡拉奇上空時(shí)，飛船接觸大氣層并開始?xì)鈩?dòng)加熱，隨后經(jīng)過我國新疆入境。在飛行高度達(dá)到10公里左右時(shí)，飛船打開降落傘，速度進(jìn)一步降低，并拋掉它下面的防熱大底。大約離地面還有一米高時(shí)，飛船里的幾個(gè)小固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步反推減速，讓航天員以一個(gè)舒服的速度著陸。

　　返回過程復(fù)雜，任何環(huán)節(jié)都不能出錯(cuò)。首先，飛船與大氣劇烈摩擦產(chǎn)生極大熱量，因此飛船具有氣動(dòng)外形，下面有一個(gè)防熱大底，承受上千度的高溫，防止熱量傳到航天器內(nèi)部，這是返回過程中影響飛船安全性的一個(gè)關(guān)鍵問題。第二，降落傘必須能夠正常工作，這也是神舟飛船設(shè)計(jì)了主、備兩套傘的原因。降落傘在人類航天歷史上出過問題，上世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)“聯(lián)盟一號(hào)”就發(fā)生了降落傘纏繞問題，沒有打開，返回艙以極快的速度撞擊到地面后立刻上升，教訓(xùn)慘痛。此外，還有座椅抬升緩沖、維持艙內(nèi)氣壓等一系列操作，共同保證航天員安全著陸。

　　問：這次神舟十二號(hào)返回與之前的返回任務(wù)相比，有什么不一樣嗎?

　　楊宇光：我認(rèn)為主要有兩點(diǎn)不同。第一，神舟十二號(hào)與空間站核心艙對接了三個(gè)月，過去神舟飛船沒有飛過這么長時(shí)間，這三個(gè)月里，空間輻射環(huán)境等都對飛船設(shè)備產(chǎn)生影響。飛船和核心艙分離前，我們會(huì)對這些設(shè)備進(jìn)行充分檢測，確保沒問題再離開。

　　第二，這是神舟飛船首次在東風(fēng)著陸場降落，而過去神舟飛船都是落在四子王旗著陸場。為什么這次換地方了呢?過去，神舟飛船是從一個(gè)固定的高度返回，而到了空間站階段，神舟飛船在軌時(shí)間變長，運(yùn)行軌道受空間站軌道規(guī)劃影響，所以它的高度變化范圍較大，不見得是從一個(gè)固定高度返回。

　　高度變化，意味著飛船返回著陸點(diǎn)范圍可能會(huì)變化較大，主要體現(xiàn)在東西方向上。東風(fēng)著陸場位于戈壁地區(qū)，它的整個(gè)東西方向的寬度更大，且大都屬于無人區(qū)或者說是一個(gè)相對安全的區(qū)域，降落更具可控性和便利性。

　　北斗導(dǎo)航終端精確定位飛船位置，測控站全程監(jiān)視飛船飛行，光學(xué)設(shè)備和雷達(dá)跟蹤預(yù)報(bào)軌跡

　　問：如何確保飛船降落在可控區(qū)域內(nèi)?我們可以準(zhǔn)確判斷降落點(diǎn)嗎?

　　楊宇光：飛船采用半彈道式方式返回，整體受控，具有理論落點(diǎn)。但是，飛船再入大氣層的過程中受到各種擾動(dòng)，大氣層密度、高空風(fēng)場都會(huì)對飛船軌跡產(chǎn)生影響。當(dāng)飛船降落傘打開后，風(fēng)的影響還會(huì)更大。

　　但這不代表飛船著陸不可控。返回著陸是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要多方面配合，地面的著陸場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)都要進(jìn)行很多工作，國內(nèi)外的多個(gè)測控站全程監(jiān)視飛船飛行，光學(xué)設(shè)備和雷達(dá)跟蹤預(yù)報(bào)軌跡。

　　問：神舟十二號(hào)上有沒有定位設(shè)備?我們是不是可以隨時(shí)得知飛船的“實(shí)時(shí)位置”?

　　楊宇光：飛船上有北斗的導(dǎo)航終端，在空間軌道運(yùn)行時(shí)可以精確給出它的位置和速度。不過，在飛船再入大氣層過程中，有一段導(dǎo)航是不起作用的，我們稱之為“黑障區(qū)”。剛才提到過，再入過程摩擦劇烈產(chǎn)生高溫，高溫會(huì)使飛船表面的防熱材料燒蝕，形成帶電的等離子體鞘，它能屏蔽無線電波，地面與飛船之間的無線電通信便中斷了。不只是神舟飛船，任何航天器在返回地球時(shí)都會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。隨著飛船速度降低，溫度降低，等離子體鞘解除，通信也就恢復(fù)了，地面可以實(shí)時(shí)得知飛船位置和速度。當(dāng)然，即使在“黑障區(qū)”，我們也可以用雷達(dá)去密切監(jiān)視飛船。

　　落地后，導(dǎo)航終端依然有效，搜救人員可以獲知飛船坐標(biāo)。在精確預(yù)報(bào)的前提下，地面搜救團(tuán)隊(duì)才能在飛船落地后快速到達(dá)落點(diǎn)。飛船上也有無線電信標(biāo)以及閃光燈來輔助搜救人員找到飛船。

　　與嫦娥五號(hào)不同，神舟飛船返回需著重考慮人的安全

　　問：去年嫦娥五號(hào)攜月壤返回地球，大家也都特別關(guān)注。神舟飛船載人返回的過程和嫦娥返回的過程一樣嗎?

　　楊宇光：差別很大，最大的不同在于神舟飛船是載人返回，需著重考慮人的承受能力和安全問題;嫦娥五號(hào)沒有人，難點(diǎn)在于返回速度快，受力受熱更嚴(yán)重。

　　飛船在起飛和返回階段有加速度，加速度比較大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過載現(xiàn)象，即人要承受相當(dāng)于身體幾倍的重量。一般來說，神舟飛船返回時(shí)，它的過載不會(huì)超過航天員身體重量的3到5倍，但航天員在離心機(jī)上訓(xùn)練時(shí)要承受8倍體重的荷載，這是因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)飛船需緊急返回的情況，加速度會(huì)更大，航天員承受的重量也會(huì)更大，因此平時(shí)訓(xùn)練的強(qiáng)度一定要比實(shí)戰(zhàn)情況大，以防萬一。

　　嫦娥五號(hào)返回器里面沒有人，不需要考慮這些問題，但它的難點(diǎn)在于返回速度更快，達(dá)到約11公里每秒(接近第二宇宙速度)，因此受到的阻力和熱量也比神舟飛船大得多，所以我們需要驗(yàn)證這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，這也是為什么我們在嫦娥五號(hào)任務(wù)之前，還進(jìn)行了嫦娥五號(hào)T1(再入返回飛行)試驗(yàn)任務(wù)，驗(yàn)證防熱等性能是否可靠。

　　嫦娥五號(hào)還采用了“半彈道跳躍式返回”(俗稱“打水漂”)方式。返回器不是進(jìn)入大氣后一直下降，而是進(jìn)入大氣層一定“深度”并滑行一定距離后再利用本身的升力“漂”出去，然后再進(jìn)入大氣層返回地球。這樣有兩點(diǎn)好處：一是航天器兩次再入大氣層，航天器受到的氣動(dòng)力和氣動(dòng)加熱比一次直接進(jìn)入小得多;二是通過半升力控制實(shí)現(xiàn)對飛行軌跡的控制，這樣就可以在更大范圍內(nèi)精確調(diào)整著陸點(diǎn)。將來，如果要進(jìn)行載人登月任務(wù)，那返回階段就相當(dāng)于要把神舟飛船的返回技術(shù)和嫦娥五號(hào)的返回技術(shù)做一個(gè)結(jié)合，能力再進(jìn)行提升。

　　航天員在軌做好體能準(zhǔn)備，重返地球有重力適應(yīng)過程

　　問：我們看航天員出艙一般都是被“抬”出來，這是為什么呢?在太空里生活了三個(gè)月，回家是不是也有一個(gè)適應(yīng)過程?

　　楊宇光：我們經(jīng)?？吹缴裰凼?hào)三位航天員在太空鍛煉，要么在跑步機(jī)上跑步，要么蹬自行車。這是必須的，不能“偷懶”。我們在地球上，天天受重力影響，骨骼和肌肉都能受到刺激，而航天員長期在太空的微重力環(huán)境下生活，肌肉和骨骼不再受到重力刺激，肌肉會(huì)不斷萎縮，骨鈣也會(huì)丟失，因此必須堅(jiān)持鍛煉身體，保證肌肉骨骼的健康。

　　航天活動(dòng)早期，人們對這一現(xiàn)象并沒有太深刻的認(rèn)識(shí)，航天員回到地球后就馬上出艙門了。到了70年代后期，航天員在軌時(shí)間越來越長，其中“禮炮6號(hào)”太空站航天員最多待了100多天，而“禮炮7號(hào)”航天員在里面待了200多天。由于對體能問題認(rèn)識(shí)不深入，航天員沒有進(jìn)行充分鍛煉，回到地球后就變得非常虛弱。后來大家意識(shí)到了這個(gè)問題，就加強(qiáng)了航天員在軌期間的鍛煉。

　　即便如此，航天員從長期的失重環(huán)境回到了地球，還是有一個(gè)重力適應(yīng)的過程。所以我們看到，無論是國外的“聯(lián)盟號(hào)”飛船還是我們的神舟飛船，返回地球以后，航天員都要在座艙里面進(jìn)行重力再適應(yīng)，根據(jù)不同人的體質(zhì)條件和反應(yīng)情況，時(shí)間可長可短。當(dāng)然，航天員并非不會(huì)“走”，如果出現(xiàn)緊急情況，比如降落在水面或者其他非正常區(qū)域，航天員也是要自救的，而地面人員把航天員抬出來，是出于安全考慮。

　　中國載人航天起步晚但發(fā)展快，整體技術(shù)水平達(dá)到第四代空間站水平

　　問：這兩年航天活動(dòng)愈發(fā)密集，衛(wèi)星發(fā)射、行星探測、載人航天工程都在緊鑼密鼓地進(jìn)行。我國建設(shè)空間站，對未來開展航天活動(dòng)有什么意義?

　　楊宇光：我國最早的載人航天計(jì)劃不是現(xiàn)在的921工程，而是上世紀(jì)60年代末的曙光一號(hào)計(jì)劃，但受限于當(dāng)時(shí)條件，計(jì)劃最終取消。到了90年代，隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技實(shí)力的提升，我國具備了相應(yīng)條件，載人航天工程重新啟動(dòng)。工程之初，目標(biāo)就很明確，是要利用載人航天開展科研活動(dòng)。與發(fā)射各種科學(xué)衛(wèi)星不一樣，載人航天是發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，也就是讓航天員在太空進(jìn)行科研，那最好的平臺(tái)是什么?就是適合航天員長期工作生活的空間站。目前，我們已經(jīng)經(jīng)過了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和驗(yàn)證階段，現(xiàn)在是“開花結(jié)果”的時(shí)候了。

　　載人航天并不屬于經(jīng)濟(jì)效益快速直接的航天活動(dòng)，它不像通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星，直接服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)，已經(jīng)產(chǎn)生客觀的經(jīng)濟(jì)效益，載人航天和深空探測的價(jià)值更多體現(xiàn)在成果轉(zhuǎn)化上。比如，尿液收集裝置成果轉(zhuǎn)化為“尿不濕”，這還只是很小的例子，更多的是一些更長線、更間接的成果轉(zhuǎn)化，需要比較長的周期，但是整個(gè)效益和回報(bào)率非常高。我們建設(shè)航天強(qiáng)國，一定要開展載人航天和深空探測活動(dòng)，它對于整個(gè)航天產(chǎn)業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)乃至于整個(gè)國家的國民經(jīng)濟(jì)都有非常重大的牽引作用。

　　問：中國空間站和早期國外的空間站、如今的國際空間站相比，有何特點(diǎn)和亮點(diǎn)?中國載人航天起步比較晚，但是發(fā)展比較快，標(biāo)準(zhǔn)也比較高，背后有何原因支撐?

　　楊宇光：到目前為止，空間站已經(jīng)發(fā)展了四代。70年代初，前蘇聯(lián)的禮炮1號(hào)到禮炮5號(hào)，以及1973年美國發(fā)射的天空實(shí)驗(yàn)室1號(hào)，都是第一代空間站，特點(diǎn)是只能對接一艘飛船，航天員只能短期駐留。

　　到了70年代，禮炮6號(hào)和禮炮7號(hào)有兩個(gè)對接口了，意味著在對接一艘飛船的同時(shí)，還可以有另一艘飛船給它送去補(bǔ)給，支持中長期在軌駐留活動(dòng)，屬于第二代空間站。

　　和平號(hào)空間站是首個(gè)第三代空間站，它采用了模塊化設(shè)計(jì)，和平號(hào)空間站核心艙后續(xù)對接了量子1號(hào)、量子2號(hào)、光譜號(hào)、晶體號(hào)、自然號(hào)等艙段，組合成一個(gè)100多噸的龐大組合體。

　　到了1998年，國際空間站第一個(gè)模塊發(fā)射入軌。作為第四代空間站，它采用了桁架掛艙式結(jié)構(gòu)，即以桁架為基本結(jié)構(gòu)，其他艙掛靠在桁架上。國際空間站由16個(gè)國家聯(lián)合建造運(yùn)營，重量達(dá)400多噸，可以支持大規(guī)?？蒲谢顒?dòng)。

　　中國空間站采用了類似于第三代和平號(hào)空間站的模塊化設(shè)計(jì)，但是它的整個(gè)技術(shù)水平和指標(biāo)達(dá)到了第四代國際空間站的水平。比如，問天號(hào)和夢天號(hào)實(shí)驗(yàn)艙采用了兩自由度的太陽能帆板，任何時(shí)候都可以用最高效率來對準(zhǔn)太陽，獲得能量，目前只有國際空間站采用了這樣的技術(shù)。中國空間站還是世界上第一個(gè)采用電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行軌道保持的空間站，我們采用的機(jī)械臂技術(shù)也是很先進(jìn)的。

　　中國空間站規(guī)模適度，符合國情。我國是一個(gè)航天大國，正朝著航天強(qiáng)國的目標(biāo)邁進(jìn)，但仍是一個(gè)發(fā)展中國家，資源和經(jīng)費(fèi)都有限，400多噸的空間站規(guī)模既不現(xiàn)實(shí)，也無必要。未來，我們的空間站也是可擴(kuò)展的，很有可能再增加一個(gè)核心艙，有更多對接口和靠泊口，從而再增加其他艙段，甚至有可能與其他國家開展國際合作，執(zhí)行更多更大規(guī)模的科研任務(wù)。

　　在黨的領(lǐng)導(dǎo)下，我們制定了合理的總體路線圖，一步步扎實(shí)前進(jìn)，少走了很多彎路。我國載人航天工程早在1992年就提出了“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，前兩步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在正在走第三步——建造空間站階段，整個(gè)路線非常明確，堅(jiān)定不移地按照這個(gè)路線前進(jìn)，沒有出現(xiàn)路線反復(fù)、資源浪費(fèi)的情況，而且我們遵循了“有所為有所不為”的原則，選擇特定的領(lǐng)域進(jìn)行攻關(guān)，以合理的投入獲取最大的工程和科學(xué)研究回報(bào)。