圖片來源：央視直播截圖。

神舟二十號航天員乘組平安落地。圖片來源：央視直播截圖。

北京時(shí)間2025年11月14日16時(shí)40分，神舟二十一號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸。推遲返航的神舟二十號航天員乘組平安落地！

神舟二十號乘組為何搭乘二十一號飛船返回？

眾所周知，此次神舟二十號航天員乘組的推遲返回，是緣于神舟二十號飛船最大可能遭遇了微小空間碎片的撞擊，而撞擊的位置恰恰是返回艙的舷窗玻璃。

上圖為“神舟”飛船返回艙舷窗結(jié)構(gòu)示意圖。圖片來源：科普中國

“神舟”飛船返回艙舷窗采用三層玻璃：最外層（圖中最上方）是高溫防熱玻璃，這層玻璃無密封要求，專門用以防熱,但它不具備承壓能力。內(nèi)兩層則采用鋼化玻璃，同時(shí)承壓和密封，但防熱性能欠佳。這次損壞的是最外層的防熱玻璃。由于再入大氣層的過程中的熱流沖擊非常強(qiáng)烈，已經(jīng)破損的防熱玻璃很可能粉碎并剝離，導(dǎo)致內(nèi)層的承壓玻璃暴露在熱流中，有可能損毀并導(dǎo)致艙內(nèi)失壓。因此從保障航天員的絕對安全角度出發(fā)，神舟二十號飛船已經(jīng)難以做到萬無一失了。

那為何推遲這么多天返回呢？原因是地面指揮系統(tǒng)需要進(jìn)行一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u估程序，比如拍照判讀、設(shè)計(jì)復(fù)核、仿真分析和風(fēng)洞試驗(yàn)等，最終才判斷得出結(jié)論：神舟二十號飛船不滿足載人安全返回的放行條件。

最終拿出的太空救援方案是，神舟二十號航天員乘坐神舟二十一號載人飛船返回。神舟二十號載人飛船將繼續(xù)留軌開展相關(guān)試驗(yàn)，后續(xù)如何返回地面將擇機(jī)而定。待神二十乘組返回地面后，神舟二十二號飛船將以無人搭乘的形式發(fā)射升空，用于半年后神舟二十一號乘組返回地面。

此次太空救援方案，在中國航天史和世界航天史上尚屬首次。

神舟二十一號兩創(chuàng)載人飛船超快速紀(jì)錄

此次神二十一號飛船返回地面途中繞地飛行由5圈改3圈。完成時(shí)間僅僅耗時(shí)5小時(shí)26分鐘，這又是一次新的紀(jì)錄。

據(jù)中國載人航天辦公室通報(bào)，神舟二十一號在11月14日11時(shí)14分成功撤離空間站。而神舟二十一號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸的時(shí)間是北京時(shí)間11月14日16時(shí)40分。這意味著新紀(jì)錄的時(shí)長對比神舟十九號的快速返回（9小時(shí)）又大大縮短了超3.5小時(shí)。

制動減速階段示意圖。圖片來源：央視截圖。

神舟二十一號的超快速返回，大幅縮短時(shí)間的環(huán)節(jié)是在飛船再入前繞飛地球的圈數(shù)。飛船與空間站脫離后，都要調(diào)整軌道，而這個(gè)過程里，神舟十九號要繞飛地球5圈，以備做好軌道調(diào)整；而神舟二十一號減少2圈，僅繞地球飛行3圈。這中間最大的改變是離軌控制制動參數(shù)由地面計(jì)算改為了船上計(jì)算機(jī)自主更新計(jì)算。據(jù)悉，為了確?！白灾饔?jì)算”的正確性，地面指揮系統(tǒng)先后開展了六輪復(fù)核復(fù)算。

從神舟二十一號發(fā)射后的3.5小時(shí)超快速交會對接，到此次臨危受命又用5小時(shí)26分鐘的超快速返回，不到半個(gè)月，神舟二十一號的一上一下，兩創(chuàng)超快速紀(jì)錄。這一新紀(jì)錄標(biāo)志著我國載人飛船再入返回技術(shù)取得新突破、系統(tǒng)可靠性達(dá)到新高度。

為了讓公眾更加清晰的了解神舟載人飛船是如何返回地面的，下文將詳細(xì)講解有關(guān)“神舟”載人飛船在返回過程需要經(jīng)歷哪些環(huán)節(jié)考驗(yàn)。從而幫助公眾更好理解為什么此次推遲返回和更換載人飛船的決定。

1 制動減速階段

第一階段是制動減速階段。要使飛船返回地面，必須降低飛船的飛行速度，改變飛行方向，使其脫離原來的飛行軌道，進(jìn)入下降飛行的軌道。

具體過程是，“神舟”飛船在太空中運(yùn)行最后一圈時(shí)，地面向飛船發(fā)出指令，使飛船調(diào)整姿態(tài)，相對前進(jìn)方向向左偏航（逆時(shí)針轉(zhuǎn)）90°，變成橫向飛行狀態(tài)，這是第一次調(diào)整姿態(tài)；緊接著，飛船的軌道艙與返回艙以1～2米/秒的相對速度成功分離。

制動減速階段示意圖。圖片來源：央視截圖。

軌道艙與返回艙分離后，返回艙與推進(jìn)艙組合體再向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)90°，使推進(jìn)艙朝前，這是第二次調(diào)整姿態(tài)；此時(shí)飛船推進(jìn)艙上的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火工作，使組合體降低速度；在完成持續(xù)約180秒的制動后，組合體順利進(jìn)入返回軌道。

2 自由滑行階段

第二階段是自由滑行階段。進(jìn)入返回軌道后，返回艙與推進(jìn)艙組合體以無動力飛行狀態(tài)自由下降。當(dāng)返回艙與推進(jìn)艙組合體高度降至距離地面145千米時(shí)，推進(jìn)艙和返回艙分離，推進(jìn)艙在大氣層中燒毀，返回艙繼續(xù)下降，并消除由于兩艙分離時(shí)產(chǎn)生的返回艙姿態(tài)分離干擾，建立正確的再入姿態(tài)角（速度方向與當(dāng)?shù)厮矫娴膴A角），準(zhǔn)備再入大氣層。

返回艙調(diào)整姿態(tài)示意圖。作者供圖。

這個(gè)角度必須精確地控制在一定的范圍內(nèi)，一般為1.5°～1.7°，如果返回艙再入姿態(tài)角太大，它在再入大氣層時(shí)會因速度太快，而使最大過載超標(biāo)，航天員身體承受不了，返回艙甚至?xí)窳餍且粯釉诖髿鈱又袩龤?；如果再入姿態(tài)角太小，返回艙會從大氣層邊緣擦過，無法返回。

返回軌道與再入角示意圖。作者供圖。

在推進(jìn)艙和返回艙分離以后，返回艙會利用自身裝配的發(fā)動機(jī)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，變成大底朝前的飛行狀態(tài)。這樣一來，返回艙在穿越大氣層時(shí)產(chǎn)生一定的升力，因而能夠?qū)︼w行軌跡進(jìn)行一定控制，從而保證落點(diǎn)準(zhǔn)確度較高，對航天員的過載沖擊也比較小。

返回艙與推進(jìn)艙分離示意圖。作者供圖。

3 再入大氣層階段

第三階段是再入大氣層階段。“神舟”飛船的返回艙在距離地面100千米時(shí)開始再入大氣層。在距離地面80千米時(shí)，返回艙進(jìn)入“黑障”區(qū)，使返回艙暫時(shí)與地面失去聯(lián)系，直到在距離地球約40千米處時(shí)出“黑障”區(qū)，返回艙與地面的聯(lián)系又恢復(fù)了。

進(jìn)入黑障區(qū)時(shí)，返回艙隔熱大底外表面與大氣層會發(fā)生劇烈的摩擦，溫度可達(dá)上千度。對于黑障區(qū)的經(jīng)歷，神舟十六號任務(wù)航天員朱楊柱在央視的直播節(jié)目中幽默的形容“一路火花帶閃電，仿佛坐在太上老君的煉丹爐里”，但返回艙內(nèi)溫度變化不大。

在再入大氣層的過程中，從再入大氣層到距離地球20千米高度期間，返回艙通過對返回艙側(cè)傾角的調(diào)整變化（配平迎角約為20°）來實(shí)現(xiàn)返回升力控制，使返回艙的過載不大于4g，而且可以比較精確地返回到著陸場。飛行高度約為20千米時(shí)，返回艙升力控制結(jié)束。

返回艙再入大氣層示意圖。作者供圖。

基于動態(tài)適應(yīng)和天基測控，目前我國返回艙在返回過程中以升力式作為返回手段，以預(yù)測制導(dǎo)作為控制方案，這樣可以對運(yùn)動姿態(tài)進(jìn)行自主調(diào)整，特別是在以往返回任務(wù)中最驚心動魄的穿越大氣層“黑障”階段，返回艙的安全性和可控性能得到大幅提升。采用預(yù)測制導(dǎo)的自適應(yīng)控制方案，可使返回艙返回在“黑障”過程中辨識空間環(huán)境對它的影響，實(shí)時(shí)制定出新的升力控制的策略。通過預(yù)測制導(dǎo)的方案，一是可以保證人員著陸的精度，二是能保證整個(gè)過程的安全性。

4 回收著陸階段

第四階段是回收著陸階段。在返回艙距地面10千米左右時(shí)，返回艙上的靜壓高度控制器通過測量大氣壓力自動判定所處高度啟動回收著陸系統(tǒng)開始工作。返回艙先打開傘艙蓋，然后依次拉開引導(dǎo)傘、減速傘和主降落傘。其中減速傘把返回艙的速度從200米/秒減至60～70米/秒；在返回艙距離地球8千米時(shí)，打開主降落傘，把返回艙的速度由60～70米/秒減至5～6米/秒。

回收著陸分系統(tǒng)正常工作程序。作者供圖。

另外，返回艙降到距地面約6千米時(shí)，主降落傘與返回艙的連接由單點(diǎn)傾斜吊掛轉(zhuǎn)換成兩點(diǎn)垂直吊掛，以便返回艙著陸時(shí)緩沖裝置能夠更好地發(fā)揮緩沖作用；返回艙降到距地面約6千米時(shí)拋掉了返回艙的防熱大底，以便露出返回艙底部的反推發(fā)動機(jī)。在距地面1米左右時(shí)，返回艙底部的4臺反推發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，使返回艙以大約3米/秒的速度軟著陸，同時(shí)通過返回艙底部吸能外殼、減振材料和座椅緩沖機(jī)構(gòu)組成的減振系統(tǒng)來吸收能量，保證航天員安全落地。

航天員和座椅。其中的座椅緩沖器和賦形墊子也用于緩沖。作者供圖。

由于飛船返回艙在返回過程中處于高速運(yùn)動的狀態(tài)，一旦中途出現(xiàn)故障，外界無法采取營救措施，也不可能將程序暫?；蚧謴?fù)到原位重新開始。因此，回收著陸系統(tǒng)的工作過程只能是由一系列不可逆按時(shí)序執(zhí)行的動作組成。

為保證航天員的生命安全，提高回收著陸系統(tǒng)工作的可靠性和安全性，設(shè)計(jì)師們想到了一切可能發(fā)生的緊急情況，為回收著陸系統(tǒng)設(shè)置了9種故障模式，涉及正常返回、中空救生、低空救生3種基本返回工作程序，采取了備份降落傘裝置、時(shí)間控制器、三組高度開關(guān)等多種備份措施，以全面保證返回艙在火箭發(fā)射段、上升段、正常返回和應(yīng)急返回段的安全返回與著陸。

神舟二十二號飛船將擇機(jī)發(fā)射

隨著神舟二十號航天員乘組的返回，后續(xù)將擇機(jī)發(fā)射神舟二十二號飛船。這背后實(shí)際上是我國空間站建設(shè)階段火箭與飛船的“滾動備份”雙保險(xiǎn)機(jī)制。

實(shí)際上，自神舟十二號任務(wù)起，長二F火箭都將采取“發(fā)射一發(fā)、備份一發(fā)”及“滾動備份”的發(fā)射模式，進(jìn)入值班狀態(tài)的火箭如接到應(yīng)急救援命令，最快10天內(nèi)就能實(shí)施應(yīng)急救援發(fā)射。

空間站階段載人火箭始終保持一主一備。圖片來源：央視新聞

因?yàn)榭臻g站階段航天員在軌飛行時(shí)間長，安全隱患風(fēng)險(xiǎn)增加，因此，為應(yīng)對可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況，采取“發(fā)射一發(fā)、備份一發(fā)”的滾動備份發(fā)射模式，可以為航天員的生命安全加上“雙保險(xiǎn)”。

此種應(yīng)急待命狀態(tài)就意味著只要空間站里有我們的航天員在工作生活，地面上就必須有一發(fā)火箭和一艘飛船進(jìn)行應(yīng)急救援的值班，隨時(shí)準(zhǔn)備進(jìn)入太空，把航天員接回地球。

當(dāng)神舟二十號與太空微小碎片的驚險(xiǎn)一刻不期而至，神舟二十一號未雨綢繆的智慧，成為了最可靠的“生命盾牌”。意外無法預(yù)知，但勇氣足以將其征服。為中國航天自豪！歡迎我們的英雄——神舟二十號三位航天員，平安穿越蒼穹，榮歸地球家園！

作者：龐之浩 全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家

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