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太空神遊沐榮光 英雄九天歸故鄉

二〇〇三年十月十六日,中國首位進入太空的宇航員楊利偉乘神舟五號返回艙在主著陸場平安返回,標誌著中國成為第三個掌握載人航天技術的國家。圖為楊利偉在北京西郊機場被歡迎的人群拋起慶祝。

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2012年6月29日10時整,神舟九號返回艙在主著陸場預定區域安全返回。圖為中國首位女航天員劉洋出艙後在搜救人員的護送下轉移。

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2016年12月26日,兩位航天員在某海域進行水上出艙訓練。

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對於載人航天來說,火箭發射是拉開宇航員遠征太空的序幕,而再入大氣層降落地球家園,完成從九天外的榮歸則標誌著一次空間任務的結束。飛船著陸場系統是載人航天工程的組成系統之一,在工程實施過程中,擔負著重大職責,其中包括對飛船再入軌跡的捕獲、跟蹤和測量,搜索並回收返回艙,對艙內有效載荷進行處置及對航天員出艙後進行醫監醫保、醫療救護和緊急護送等。

經過數十年的發展,特別是改革開放40年來的不懈奮鬥,中國逐步形成了由主著陸場、副著陸場、陸上應急救生區和海上應急救生區等構成的著陸場系統,並經受了航天任務的實戰考驗,保障了載人航天工程的順利推進。

返回式衛星技術奠定著陸場系統建設基礎

在上海兒童博物館陳列著一件特殊展品,宛若一口大鍋置於金屬的支架之上,黑乎乎灼燒的外表透著些許金屬的光澤,小的撞擊凹痕清晰可見。雖然其貌不揚,但它是名副其實的鎮館之寶。它就是曾遨遊過太空的中國第一代返回式衛星回收艙。

1975年11月26日11時30分,第一顆返回式衛星搭載長征二號運載火箭成功發射入軌。在太空遨遊3天后,返回艙在貴州六枝成功著陸,這標誌著中國繼蘇聯和美國之後成為第三個掌握衛星回收技術的國家,距離中國第一顆衛星東方紅一號成功發射僅僅時隔5年。

通常情況下,衛星發射入軌之後就在太空執行任務,不需要返回地面,如通信、導航和天氣衛星等。有些衛星,如攜帶科研試驗樣品的科學實驗衛星,完成太空實驗後就需要回到地面,這類衛星研製和回收是航天科技的一大突破。

為了發展返回式衛星和載人航天,中國早在1969年5月就著手組建了專門機構和力量,這就是回收測量站,也就是著陸場站的前身,聚集了一批來自北大、清華等著名高校的畢業生。他們艱苦創業和不懈奮鬥取得豐碩成果,第一顆返回式衛星的成功就是包括他們在內的中國航天科技工作者心血與智慧的結晶,也為中國航天著陸場系統的初步建設立下了汗馬功勞。

除了返回式衛星之外,中國還開展了航天器回收的其它實踐活動並取得了諸多成就。比如,從上世紀60年代開始,中國就研究探索探空火箭的回收,完成了首次搭載小狗上天的探空火箭回收著陸任務。之後又研製了國防裝備大型實驗數據艙回收系統。這些都為中國航天著陸系統的建立發展奠定了基礎。

主著陸場四子王旗是“神舟”家園

2003年10月16日,中國內蒙古自治區四子王旗所在阿木古郎草原腹地成為世界航天界和各國航天愛好者矚目的中心。當日6時23分,中國首位航天員楊利偉乘坐神舟五號飛船返回艙在這裡平安返回,比預定著陸點僅略微偏差4.8公里。通過電視轉播鏡頭,億萬觀眾見證了那激動人心的一刻:在醫護人員的幫助下,楊利偉手扶著陸艙出艙口,先將一隻腳跨出艙,踏上大地,而後微探身低頭,同時用帶著白色手套的右手把防護頭盔打開,向迎接他榮歸的現場觀眾面露微笑、招手致意。

“阿木古郎”是蒙古語“平安”之意,阿木古郎草原面積達2000多平方公里,遼闊、雄壯,是中國航天著力打造的主著陸場。中國首次載人航天英雄楊利偉就是在阿木古郎草原平安榮歸,使中國由此成為繼美國蘇聯之後第三個掌握載人航天技術的國家,而載人返回是其中核心技術突破之一。

通常而言,著陸場的選擇遵循三方面的條件:一是飛船會從這個地區上空多次通過,方便返回,特別是在飛船遇到特殊情況時,利於快速著陸;二是場地開闊,地勢平緩,地表要足夠堅硬;三是氣象狀況要好。位於內蒙古中部四子王旗的阿木古郎草原完全符合上述條件,是國內最佳著陸場。這裡場地開闊、地勢平坦,地表也足夠堅硬,沒有大的河流。從氣候方面看,這裡屬於中溫帶大陸氣候,乾燥少雨,人煙稀少,非常適合飛船著陸。草原上一個60公里×60公里見方的區域被確定為核心著陸區。

主著陸的選定當然不是一上來就確定下來的,而是在全面考察基礎上從幾個備選方案中遴選出來的。據著陸場系統首任總設計師夏南銀介紹,在主著陸場選址考察遴選早期,根據確定的飛船軌道傾角,河南開封至駐馬店以東長約200公里、寬約100公里的區域曾被青睞,甚至一度得到評審組數名院士的認可。後根據工程總體報告,結合回收傘型調整和場區內房屋、樹木等綜合因素對安全著陸的影響,主著陸場選址後來進行了調整。根據1993年到1996年間在內蒙古草原的綜合考察結果,主著陸場最終花落四子王旗。

副著陸場甘願作永遠的備份

無論是在返回式衛星回收還是在神舟飛船著陸任務中,人們從新聞聽到的著陸場關鍵詞往往是內蒙古四子王旗的草原。實際上,中國著陸場系統中除了該主著陸場之外,還有不那麽知名的副著陸場。之所以其知名度不高,是因為中國航天任務的進展特別是返回艙回收相對順利,副著陸場雖然早已啟用,但是投入實戰的機會並不多。

2016年6月26日,副著陸場終於迎來了大展身手的機會。當日15時41分,長征七號運載火箭搭載的多用途飛船縮比返回艙在巴丹吉林沙漠和戈壁帶順利著陸。就在此10來分鐘前,由4架直升機組成的搜索分隊從不同方向朝目標著陸區偵查集結。鎖定目標後,追蹤而去,直奔降落點上空,20名搜救隊員隨即滑降而下,隨後,砍傘繩、架設便攜式衛星通信站、劃設安全區、返回艙艙體姿態及安全性檢查等規定動作和程式,展開對返回艙轉運工作。這是副著陸場第一次啟用,旨在開展相關實驗活動,驗證飛船返回艙的飛行性能,測定相關參數數據,同時也利用副著陸場地形的多樣性,演練提升對返回艙的跟蹤、追蹤和搜索救援能力。

副著陸場是主著陸場的備份,是在主著陸場的綜合條件不允許載人航天器降落的情況下,為確保航天員生命安全而啟用。既然是主著陸場的備份,那麽副著陸場的基本任務和功能與主著陸場相同,因而具有很多類似的特點。另一方面,附著陸場在天氣等方面與主著陸場相關性要盡可能小,避免同時出現不適宜的天氣條件等情況。綜合考慮天氣相關性、地勢平坦開闊程度、返回機會多少、測控設備可充分利用性等綜合因素,最終選擇酒泉衛星發射中心東南部地區為副著陸場,位於巴丹吉林沙漠戈壁帶,屬溫帶乾旱荒漠氣候,冬季乾冷,夏季炎熱、少雨、多風。

應急救生區守護航天英雄安全

很多人對近期俄羅斯聯盟MS-10載人飛船出現的發射事故記憶猶新。2018年10月11日,火箭起飛約119秒後,第一級分離,位於火箭頂端的整流罩被拋下,但火箭第二級的發動機突然關閉。此後乘員艙與火箭緊急分離,並拋出降落傘著陸。兩名宇航員啟動逃學生機制後返回地面。

這是飛船在上升段遭遇事故啟動應急逃學生並順利著陸的成功案例,再次警示我們,載人飛船飛行全過程,無論是上升段、運行段還是返回段,都要切實做好應急著陸準備,設立應急著陸區,使航天員有應急逃學生的機會。

中國根據載人飛船發射上升段情況設定了上升段陸上應急救生區和海上應急救生區。前者區域為從載人飛船發射場即酒泉衛星發射中心到江蘇連雲港海濱一線,火箭的地面航跡長約1860千米,綜合地形、地貌、行政區劃分、直升機航程限制等因素,劃分了4個應急救生區,分別以東風、銀川、榆林、邯鄲為應急救生點,配備搜集資源,做好搜救準備。載人飛船發射時,當火箭飛行到351秒以後,如果發生意外致使飛船應急返回,飛船返回艙則會落在海上。利用飛船上的變軌發動機和足夠的推進劑,可以使飛船離開故障火箭後再加速或減速,降落到特定海域。綜合考慮各種因素,我國在海上設定了3個救生區,分別位於黃海和東海海面,一島鏈和二島鏈之間的太平洋洋面,馬裡亞納群島以東、關島以北的太平洋洋面,由多艘救援船隻、巡邏機等執行應急搜救任務。

在載人飛行運行段,中國載人航天工程總體要求載人飛船的每圈軌道都有至少一個應急救生著陸區,盡量減少航天員不可返回的時間間隔。運行段應急救生區選擇的原則一般是:優先考慮國內,再考慮國外;一般考慮陸上,盡量不落海上。從這個原則出發,飛船系統與著陸場系統共找出了十幾個區域。其中3個在國內,分別是中國北部一線、華中華南、四川盆地,其他分布在國外多地,按照國際航天救援條約,依靠國際救援組織協調開展應急救援工作,保障載人航天任務的實施。

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