神舟十二号飞船于今天（9月17日）搭载三名航天员返回地球。
航天器返回地面不是一件容易的事，甚至有一定风险。这是因为航天器返回地面需由飞船系统、航天员系统、着陆场系统、测控系统等多个系统共同配合完成，尤其是在返回过程中飞船要完成一系列复杂动作，可靠性要求非常高，不能有任何一个环节出问题，否者功亏一篑。
另外，这次神舟十二号返回是首次从空间站返回地面，也是载人的返回舱首次在东风着陆场着陆，因而更加大了飞船的返回难度。
飞船返回有多难
简单地说，飞船返回地面是飞船脱离原来的飞行轨道，沿一条下降的轨道再入地球大气层，通过与空气摩擦减速，安全降落到地面上的过程。
这个过程极其复杂，这是因为飞船在轨道上是以8千米/秒的第一宇宙速度飞行，当需要它返回时必须制动减速，但仍将将以很高的速度冲向地球大气层，再入大气层时会和空气产生强烈的摩擦，从而在返回舱表面产生很高的温度，所以飞船的返回舱必须有可靠的防热措施，否则会在大气层中烧毁。
理论和实践均已证明，飞船要想安全的返回，起码要具备下面的条件：
一是其控制系统要能够准确的调整飞船的姿态，使它从轨道上的飞行状态调整成返回姿态。
二是由于飞船是由三个舱段组成，并且只回收其中的返回舱，所以必须能够可靠的分离轨道舱和推进舱。
三是飞船要自带动力系统，使它能够脱离原来的飞行轨道进入返回轨道。
四是飞船返回舱要有良好的防热性能和隔热性能，使返回舱返回时不但不能被烧毁，而且应保证星内的温度不能过高，保障航天员的安全。
五是飞船上要有良好的减速和缓冲设备，例如降落伞等，使它安全的降落在地面。
六是飞船返回舱上还要有无线电信标机、闪光灯等标位装置，以便在接近地面及落地以后发出无线电波、声、光或颜色等信号，从而能够被搜救人员迅速找到和回收。
为此，“神舟”飞船的返回要闯过以下四关：
一是调姿分离关，通过测控使飞船从运行姿态调整到返回姿态，其中包括让轨道舱与返回舱-推进舱组合体分离，返回舱与推进舱分离。
二是制动减速关，要使飞船返回地面，必须降低飞船的飞行速度，改变飞行方向，使其脱离原来的飞行轨道，进入下降飞行的轨道。其方法是通过开动推进舱的火箭发动机产生制动来降低飞船的速度。
三是再入火焰关，由于飞船返回时会与大气层剧烈摩擦，产生几千度的高温，因此必须采用先进的防热措施，否则钢筋铁骨也要化成灰烬。
四是降落着陆关。当返回舱下降到距地面大约10千米的高度时，要打开降落伞，使速度减至约6米/秒，在距地面1米时，安装在返回舱底部的缓冲火箭点火，使返回舱速度降到3米/秒以内的速度实现软着陆。
具体来讲，飞船返回可分为以下四个阶段。
第一阶段是制动离轨阶段。飞船在太空中运行最后一圈时，地面向飞船发出返回指令，飞船随即调整姿态，相对前进方向向左偏航（逆时针转）90°，变成横向飞行状态，这是第一次调整姿态；然后轨道舱与返回舱以1~2米/秒的相对速度分离；然后返回舱与推进舱组合体再向逆时针方向转90°，使推进舱朝前，这是第二次调整姿态；达到这种制动姿态后，飞船推进舱上的发动机点火工作，使飞船降低速度，进入到返回地球的轨道。
第二阶段是自由下降阶段。制动发动机关机后，返回舱与推进舱组合体进入自由下降阶段。在距离地面140公里时将推进舱分离掉，分离后推进舱在大气层中烧毁。返回舱继续下降，并在下降到距离地面约100千米高度前将返回舱调整到再入姿态，一般为1.5°~1.7°（飞船与当地水平方向的夹角）。因为如果返回舱的再入姿态角太大，返回舱在再入大气层时会由于速度太快，而使最大过载超标，人受不了，返回舱甚至会像流星一样在大气层中烧毁；如果再入姿态角太小，返回舱会从大气层边缘擦边而过，无法返回。
第三阶段是再入大气层阶段。返回舱在距离地面100千米时开始再入大气层时。再入飞行是返回飞行过程中环境最复杂、最恶劣的一段。因为返回舱以很高的速度进入大气层时，与大气剧烈摩擦，产生高温会使返回舱周围的气体电离，屏蔽电磁波，这时返回舱表面和大气层摩擦形成“黑障”，使返回舱在240秒内暂时与地面失去联系，直到距离地球约40千米处时黑障消失，返回舱与地面的联系又恢复了。
另外，在再入大气层的过程中，航天员要承受很大的过载。为此，从再入大气层到20千米高度，返回舱采用升力控制方式再入，以降低再入热流，使返回时的过载不大于4g，而且可以比较精确地返回到着陆场。飞行高度约为20公里时，返回舱升力控制结束。
第四阶段是回收着陆阶段。在距地面约10千米时，返回舱的下降速度为200米/秒，这时回收着陆系统开始工作。它由结构、降落伞、着陆缓冲、程序控制、火工装置、伞舱排水和标位等等子系统组成，有自动控制功能、减速功能、着陆缓冲功能和标位功等主要功能，主要任务是将再入大气层的返回舱，利用降落伞系统稳定其运动姿态、降低下降速度，并通过着陆缓冲的手段保证航天员软着陆。
作者：庞之浩（全国空间探测技术首席科学传播专家）
来源：文汇网官方 图片来源：央视新闻
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