Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Trantor Space
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Ngày 17 tháng 9 năm 2021, khoang trở về của tàu vũ trụ có người lái Thần Châu XII đã hạ cánh thành công tại bãi đáp Đông Phong. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ kéo dài ba tháng trên quỹ đạo, nhóm phi hành gia gồm ba người đã trở về nhà an toàn.
Quá trình đưa khoang trở về Trái Đất có rất nhiều biến số và nguy hiểm, đặc biệt là trước khi đi qua bầu khí quyển. Vào thời điểm này, khoang trở về cần phải hoàn thành nhiều hoạt động chỉ huy và đi vào bầu khí quyển theo góc thích hợp trước khi có thể trở về an toàn.
Mái cách nhiệt của Thần Châu XII là bộ phận chịu nhiệt tốt nhất (Nguồn ảnh: CCTV.com)
Khi đi qua bầu khí quyển, nhiệt độ của lớp cách nhiệt trên cùng của cabin có thể đạt tới 2200K đến 2600K, điều này sẽ gây nhiễu thông tin liên lạc trong thời gian này. "Bộ ba du hành vũ trụ" đã trải qua rất nhiều gian khổ và nguy hiểm trước khi trở về nhà.
Sau khi kiểm chứng thực tế sơ bộ, công nghệ của loạt tàu vũ trụ Thần Châu đã trở nên rất hoàn thiện. Việc hạ cánh thành công của Thần Châu XII là một minh chứng nữa cho công nghệ quay trở về của tàu vũ trụ Thần Châu, đồng thời chứng minh độ tin cậy và tính hoàn thiện của trạng thái hỗ trợ tại bãi đáp Đông Phong.
"Bốn bước" - hành trình trở về của Thần Châu XII!
Màn trình diễn lắp ráp Thần Châu XII (Nguồn ảnh: Cơ quan Vũ trụ Quốc gia)
Trước khi chính thức "trở về", quá trình trở về của Thần Châu XII đã trải qua hơn mười cuộc diễn tập tác chiến thực tế, công nghệ liên quan đã trở nên khá hoàn thiện.
Toàn bộ quá trình hoàn trả có thể được tóm tắt thành "bốn bước".
Giai đoạn đầu tiên là Thần Châu XII rời khỏi trạm vũ trụ và điều chỉnh thái độ.
Đầu tiên, Thần Châu XII quay 90 độ ngược chiều kim đồng hồ. Mô-đun quỹ đạo ban đầu ở phía trước được điều chỉnh sang bên trái, còn mô-đun đẩy di chuyển sang bên phải và bắt đầu bay ngang. Mục đích của bước này là tách khỏi mô-đun quỹ đạo và Thần Châu XII sẽ được chuyển đổi từ tổ hợp ba mô-đun thành tổ hợp hai mô-đun.
Sau đó, nó quay 90° ngược chiều kim đồng hồ, với mô-đun đẩy ở phía trước và mô-đun quay trở lại ở phía sau, hoàn toàn ngược lại với hướng khi nó rời khỏi trạm vũ trụ. Bước này là bước điều chỉnh thái độ thứ hai của Thần Châu XII sao cho mô-đun đẩy hướng về phía trước. Sau khi điều chỉnh góc nghiêng, động cơ được khởi động và tốc độ được giảm xuống bằng cách phanh động cơ.
Sau đó, Thần Châu XII bước vào giai đoạn quay trở về thứ hai, sự kết hợp giữa khoang quay trở về và khoang đẩy thực hiện quá trình hạ cánh tự do không cần động cơ.
Hai cabin đôi bắt đầu hạ xuống từ độ cao 393 km và ở độ cao 140 km, cabin đẩy sẽ tách khỏi cabin quay trở về. Lúc này, khoang trở về phải chọn góc quay trở lại chính xác để có thể cắt vào bầu khí quyển của Trái Đất.
Góc thái độ tái nhập rất quan trọng. Nếu góc quá lớn, tốc độ của tàu vũ trụ sẽ không dễ kiểm soát. Nếu góc quá nhỏ, nó sẽ bị không khí dày đặc phản xạ trở lại, giống như trò ném đá trên mặt nước.
Giai đoạn thứ ba là quay trở lại bầu khí quyển.
Lúc này, khoang trở về ở độ cao khoảng 100 km và đi vào bầu khí quyển của Trái Đất với tốc độ khoảng 7 km/giây. Lúc này, khoang tàu vũ trụ cọ xát dữ dội với bầu khí quyển, trông giống như một thiên thạch rơi từ mặt đất.
Sau khi trải qua nhiệt độ cao, lớp sơn mài mòn bị cháy và để lại vết đen (Nguồn ảnh: Ảnh chụp màn hình CCTV)
Nhiệt độ của lớp cách nhiệt phía trên ở đầu trước của khoang hồi lưu là 2200K đến 2600K, tương đương với nhiệt độ của buồng đốt trong động cơ máy bay.
Vỏ hồi lưu chịu được nhiệt độ cao bằng cách cắt bỏ vật liệu và cần kiểm soát tư thế của vỏ hồi lưu để giữ nhiệt theo thiết kế bảo vệ nhiệt. Lúc này, khoang hồi lưu cũng sẽ được lớp plasma bao bọc, tạo thành một lớp chắn màu đen. Rào cản màu đen chỉ biến mất khi độ cao giảm xuống còn 40 km. Trước đó, liên lạc giữa mặt đất và khoang trở về sẽ bị gián đoạn.
Giai đoạn thứ tư là giảm tốc dù và hạ cánh.
Ở độ cao khoảng 10 km so với mặt đất, khoang hồi lưu mở dù dẫn hướng, sau khi dù dẫn hướng căng phồng hoàn toàn, tiếp tục kéo dù giảm tốc ra.
Trực thăng hỗ trợ đã phát hiện ra vị trí của khoang trở về khi nó vẫn đang hạ cánh (Nguồn ảnh: Ảnh chụp màn hình CCTV)
Ở độ cao 8 km, dù giảm tốc tách khỏi khoang trở về, sau đó dù chính được thả ra. Tiếp theo là quá trình hạ xuống chậm. Ở độ cao 5 km so với mặt đất, khoang trở về sẽ loại bỏ lớp cách nhiệt ở đáy để lộ ra động cơ đẩy ngược. Trước khi chạm đất, bốn động cơ đẩy ngược được khởi động ở độ cao 1 mét so với mặt đất để giảm tốc lần cuối.
Cuối cùng, tàu vũ trụ chạm đất với tốc độ 2 mét/giây. Sau khi hạ cánh, nếu gió quá mạnh và khiến dù chính kéo theo khoang trở về, các phi hành gia có thể cắt dù chính bằng tay.
Khoang trở về của Thần Châu XII đã hạ cánh xuống mặt đất (Nguồn ảnh: Ảnh chụp màn hình CCTV)
Sự trở lại động cùng với đảm bảo đo lường và kiểm soát là những điểm nổi bật của hai ứng dụng kỹ thuật chính
Để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho các phi hành gia, toàn bộ quá trình trở về đã phải trải qua hơn mười cuộc thử nghiệm thực tế. Không chỉ vậy, Thần Châu XII còn sử dụng hai điểm nhấn của công nghệ đen khi quay trở lại lần này.
Công nghệ nổi bật đầu tiên là thay thế phương pháp trả về theo thời gian và điểm cố định trước đây bằng công nghệ trả về thích ứng động.
Ưu điểm của việc này là điểm hạ cánh có thể được dự đoán dựa trên quỹ đạo thời gian thực của tàu vũ trụ, do đó quỹ đạo quay trở lại có thể được kiểm soát chính xác và vị trí điểm hạ cánh có thể được nắm bắt chính xác. Công nghệ này đang ở vị trí hàng đầu so với các công nghệ tương tự.
Theo đoạn phim do khoang trở về gửi về, chúng ta có thể thấy trực thăng của đội hỗ trợ mặt đất đã đến gần đó khi khoang trở về vẫn chưa chạm đất, điều này cho thấy phán đoán của chúng tôi về quỹ đạo và điểm hạ cánh của khoang trở về là rất chính xác.
Đồng thời, công nghệ trả về thích ứng động cũng rút ngắn thời gian trả về, do đó, khoang trả về không còn cần phải trả về "vào một thời điểm nhất định" nữa mà có thể trả về miễn là đáp ứng đủ các điều kiện. Điều này sẽ rút ngắn thời gian chờ đợi của các phi hành gia trở về mặt đất, điều này sẽ giúp ích rất nhiều cho hoạt động bình thường sau này của trạm vũ trụ.
Điểm nổi bật về mặt kỹ thuật thứ hai là hỗ trợ đo lường và kiểm soát trên không gian, sử dụng ba vệ tinh chuyển tiếp Tianlian để đo lường và kiểm soát trên không gian.
Từ lúc Thần Châu XII rời khỏi quỹ đạo cho đến khi mô-đun đẩy tách ra, và từ độ cao 393 km đến 140 km, tất cả đều được vệ tinh Thiên Liên hỗ trợ đo lường và kiểm soát. Ưu điểm của việc này là nó làm giảm sự phụ thuộc của quá trình trả về vào các trạm quan sát mặt đất.
Là phương pháp đo lường và kiểm soát mới, phương pháp đo lường và kiểm soát trên không gian cũng dẫn đầu ngành, điều đó có nghĩa là toàn bộ quá trình trả về đều được vệ tinh Tianlian giám sát. Việc “giám sát” hoàn toàn khác với thực tế cũng chứng minh nền tảng kỹ thuật của công nghệ hàng không vũ trụ.
Hoạt động thường xuyên của trạm vũ trụ
Thần Châu XII đã trở về thành công, Thiên Châu III và Thần Châu XIII sẽ sớm tiếp quản và "bay vút lên trời", trong tương lai sẽ còn nhiều sứ mệnh không gian hơn nữa.
Có một nguyên tắc ở đây. Tàu vũ trụ Thần Châu áp dụng chế độ phóng dự phòng lăn.
Khi Thần Châu XIII chuẩn bị phóng, Thần Châu XIV đã hoàn tất mọi công tác chuẩn bị trước khi phóng;
Chỉ sau khi Thần Châu XIII xác nhận đã ghép nối an toàn với trạm vũ trụ thì Thần Châu XIV mới chuyển sang chế độ dự phòng, thực sự “sẵn sàng cho mọi tình huống”.
Chế độ sao lưu lăn được thiết kế để đảm bảo an toàn tính mạng cho các phi hành gia và đây cũng là chế độ luân phiên để trạm vũ trụ Thiên Cung hoạt động bình thường. Tiếp theo, các phi hành gia của Thần Châu 13 sẽ ở trên quỹ đạo trong 6 tháng và hành trình không gian kéo dài nửa năm cũng sẽ là cấu hình tiêu chuẩn cho các hoạt động của trạm vũ trụ trong tương lai.
Từ Thần Châu V đến Thần Châu XIII; thời gian bay tăng từ 21 giờ 28 phút lên 6 tháng... Các phi hành gia có thể ở trong không gian trong thời gian ngày càng dài hơn, và việc du hành vào không gian sẽ ngày càng dễ dàng hơn.
Chúng tôi tin rằng chương trình không gian của Trung Quốc sẽ tiếp tục đạt được những đột phá và các bước đi khám phá vũ trụ của nước này sẽ tiến xa hơn và vững chắc hơn.
