在圓滿完成各項試驗任務(wù)之后，太空出差三人組航天員翟志剛、王亞平和葉光富結(jié)束了太空生活，安全返回地球。

4月16日10時許，神舟十三號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，航天員翟志剛、王亞平、葉光富平安返回、感覺良好。飛行乘組在空間站組合體工作生活了183天，創(chuàng)下了中國航天員連續(xù)在軌飛行時長新紀(jì)錄，至此中國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段任務(wù)完成，即將轉(zhuǎn)入在軌組裝建造階段。

從半年前出差太空到如今神十三返回艙成功著陸，有哪些硬核“助手”護(hù)航航天員乘組平安“回家”？

著陸反推發(fā)動機毫秒必爭

著陸反推發(fā)動機是神舟十三號飛船上的重要設(shè)備，是決定航天員能否安全回家的最后一棒，也決定著飛行任務(wù)的最終成敗。著陸反推發(fā)動機能否成功點火，能否正常工作，關(guān)系到返回艙中的航天員能否安全回家。

中國航天科技集團(tuán)八院（下稱“八院”）動力所從1994年以來就致力于反推發(fā)動機的研究。“這是我們的發(fā)動機在軌時間最長的一次，我們必須確保發(fā)動機的高可靠性和高安全性，從而保證飛船返回艙走穩(wěn)歸航路。”談起與前幾次任務(wù)的不同時，所項目指揮孫福合對第一財經(jīng)表示，從神舟十二號的33天到神舟十三號的183天，超長時間的太空待機將給發(fā)動機帶來極大的挑戰(zhàn)。

因為太空環(huán)境復(fù)雜，著陸反推發(fā)動機隨返回艙升空后將經(jīng)歷長時間太空繞行、下降返回等多次復(fù)雜的環(huán)境考驗，對發(fā)動機的環(huán)境適應(yīng)性要求極高。

“雖然我們有著研制著陸反推發(fā)動機的深厚基礎(chǔ)，對相關(guān)的結(jié)構(gòu)也都再熟悉不過了。但我們還是給發(fā)動機羅列了所有可能會遇到的環(huán)境條件，并為其策劃了全面的考核試驗，以此來確保發(fā)動機在運輸、裝卸、貯存、使用過程中的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性。”孫福合說。“針對外太空復(fù)雜嚴(yán)酷的環(huán)境條件，我們必須要考慮得再深入一點，驗證得再充分一點，這樣我們的航天員就能更多一分安全。”發(fā)動機副主任設(shè)計師何鵬說道。

此外，返回艙的著陸過程對于航天員來說也是個不小的挑戰(zhàn)。在經(jīng)歷灼燒、黑障、開傘減速等程序后，返回艙仍然有近每秒9米的速度。而此時航天員是背部朝下面朝天坐在返回艙里，如此高的著陸速度將損傷航天員的頸椎。為了確保他們的安全，必須進(jìn)一步降低沖擊。而這一關(guān)鍵的“剎車”過程就將由4臺反推著陸發(fā)動機完成。

返回艙的這腳“剎車”踩早了不行，踩晚了也不行，只有時機和時長分秒不差，才能確保返回艙體平穩(wěn)、安全落地。為此，動力所的設(shè)計人員設(shè)計了一套精彩的“剎車”動作：在返回艙距離地面1米時，4臺反推著陸發(fā)動機必須在10毫秒內(nèi)同時點火，大量燃?xì)獾姆e聚將在燃燒室內(nèi)形成高壓，最終從尾部的噴口中噴出，以反推力來減緩降落速度。

這四臺發(fā)動機的個頭和重量雖然都不大，每臺都能在瞬間產(chǎn)生大約3噸的巨大推力，4臺一起工作，就有十多噸的推力。這股巨大的反推力有效地抑制了返回艙的下墜勢頭，大大降低了飛船的下降速度，減輕了航天員著陸過程中受到的過載沖擊，提高了返回艙降落過程中最后一個環(huán)節(jié)的安全性。

“超長待機”的電源分系統(tǒng)

自2021年10月16日發(fā)射，神舟十三號已成功運行近6個月，是在軌時間最長的載人飛船。

八院811所研制的電源分系統(tǒng)，為這艘在軌時間最長、返回時間最快、在軌并網(wǎng)供電次數(shù)最多的神舟飛船正常運行、安全返回提供保障。

為了確保飛船安全返回，一個多月前，神舟十三號電源分系統(tǒng)順利通過了一場返回前的 “模擬大考”。

811所神舟飛船電源分系統(tǒng)主任設(shè)計師鐘丹華介紹，電源分系統(tǒng)配合總體對神舟十三號上所有的設(shè)備進(jìn)行加電，對這些設(shè)備一一進(jìn)行開機巡檢，“因為在與空間站成功對接后，飛船上許多設(shè)備進(jìn)入關(guān)機狀態(tài)。在軌運行期間，電源分系統(tǒng)僅需提供1/2到1/3的額定能量。開機巡檢，是對電源分系統(tǒng)在額定負(fù)載下的供電能力的考核。”

同時，配合總體開展飛船的能量平衡分析，進(jìn)行故障預(yù)案的推演和發(fā)電能力的評估。結(jié)果顯示，神舟十三號在軌運行期間，電源分系統(tǒng)整個供電狀態(tài)非常好，“雖然已經(jīng)在軌工作近6個月，太陽電池翼的發(fā)電能力和飛船入軌初期基本沒變化”，鐘丹華說道。

在軌期間，神舟十三號與空間站成功開展了6次并網(wǎng)供電，驗證了空間站的智能用電模式。

鐘丹華介紹，“神舟十三號在軌的六個月，經(jīng)歷了空間站組合體對地飛行、慣性飛行，以及天舟二號轉(zhuǎn)位試驗等復(fù)雜遮擋情況。6次并網(wǎng)供電最短2天，最長5天，確保飛船正常運行的同時，考核了電源分系統(tǒng)適應(yīng)全遮擋工作的能力，也驗證了空間站核心艙的徑向口最大提供載人飛船1400瓦供電能力的設(shè)計指標(biāo)。”

據(jù)介紹，神舟十三號飛船首次采用5圈快速返回的方案，分離到落地僅需10小時。從6.5小時的快速對接，到10小時的快速返回，航天員的乘坐舒適度更高了。

鐘丹華表示，由于此次是首次在徑向復(fù)雜遮擋條件下，開展組合體分離等返回動作，電源的重點工作是保證在任何角度和工況下，飛船能夠安全地實施分離，順利進(jìn)入自主飛行狀態(tài)。“電源分系統(tǒng)需要根據(jù)太陽入射角和遮擋情況，制定飛船實施分離期間的供電保障方案。從目前預(yù)計的返回時間來看，太陽入射角比較理想，可以說是一個比較柔和的返回過程。”

由于近期本土疫情限制了人員流動，為確保神舟十三號在返回期間，電源分系統(tǒng)地面監(jiān)控工作的可靠執(zhí)行，811所研制人員制定了“三地聯(lián)動”飛控策略。

“北京、酒泉、上海，三地同步神舟十三號返回電源分系統(tǒng)地面監(jiān)控工作。其中最挑戰(zhàn)的在酒泉。從進(jìn)入酒泉基地，到神舟十三號返回，中間僅有一天的時間。我們需要在這段時間內(nèi)，啟動各種設(shè)備、打通與北京的通訊鏈路，這是一場與時間的賽跑，確保特殊時期，保障航天員成功返回。” 鐘丹華說。

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