三位专家详解发现号返航途中潜在危险因素

　　“发现号”迟迟无法返航，除了天气原因，各种潜在因素也影响着航天飞机的安全着陆。CCTV-4《关注“发现号”返航》特别节目中，权威专家解析了“发现号”返航途中的潜在危险因素。

　　嘉宾：

　　吴国庭：中国载人航天专家组成员、飞船防热专家

　　庞之浩：中国空间技术研究院《国际太空》杂志的主编

　　焦维新：北京大学地球与空间学院教授

　　主持人：

　　王世林

　　王世林：刚才我们一起通过约翰逊载人航天控制中心的信号一起了解了天气的情况，因为这次天气的情况可以说对“发现”号返航的影响是非常大的。我们接下来再来听一听专家的意见。根据刚才前方介绍的情况来看，这次主要还是云层的问题，说云层如果比较厚，航天飞机的返航有影响，到底这个影响是怎么产生的？

　　庞之浩：坐民航飞机云层比较厚，看不见机场的着陆跑道也是很难降落的。航天飞机又比民航飞机速度快得多。第二，本身主发动机不能再工作，一次性就得对准了着陆。所以，必须在天气条件比较好的情况下才能够着陆，否则比较危险。

　　王世林：你刚才讲到在降落的时候，主发动机是不能工作了。

　　庞之浩：不能工作了。

　　王世林：靠滑翔。

　　庞之浩：完全靠滑翔。航天飞机用了多少技术，飞行的时候用了卫星的技术，返回的时候实际是用了飞机的技术，降落的时候完全靠滑翔，没有动力。

　　王世林：滑翔的过程中云层对它的影响非常大。

　　庞之浩：非常大，专家都认为航天飞机返回比发射更危险，原因是没有动力，另外没有逃逸系统，对航天飞机是一个致命的弱点。发射的时候如果有情况的话，会提前返回，但航天飞机返回的时候，真正脱轨了以后就没有办法了，就必须下去。比较危险。

　　焦维新：可能会有一个降雨。最关键可能是降雨。

　　王世林：云层比较厚可能会降雨，降雨对着陆影响更大。

　　焦维新：有当行可以确定位置，但是如果降雨大的话危害性比较大。

　　王世林：刚才工作人员在解释的时候一句话给我印象很大，第一次机会错过了。要选择第二次机会，第二次机会要选择的话就会意味着整个方案发生变化，因为降落的地点要变化。降落的地点要变化，各种准备的工作是不是也要相应地发生很大的变化，会不会引起一些仓促的变化。

　　吴国庭：不会。返回的时候它已经做了各种各样的预案。如果今天肯尼迪发射的地方气候不好的话到另外一个地方，一边发射场所有的工作，主着落场完成一样的准备，不会有这个问题。为什么气候影响很大呢？航天飞机实际上轨道载入的时候完全是一个滑翔的过程，而且所以滑翔的时候，还不仅仅是直线的滑翔，走的是S形。走S形的原因是什么？主要是国土的面积尽管很大，但是它的航程我们叫纵向的航程还是有限的，S形这样走，使得它滑翔的路程就长，就有足够的时间把速度降下来。

　　庞之浩：主要是为了减速，相当于走4个S弯，为了降低它的速度。

　　焦维新：今天还有一次降落时间，如果下一次时间错过了，那就到明天，明天大概是5点09分，北京时间下午5点09分。

　　王世林：飞机在天上飞的时间长了以后有一个很重要的问题就是耗油，但是航天飞机不存在这个问题？

　　焦维新：已经没有油了，滑翔不起来。

　　庞之浩：本身靠低速。本身也有一点燃料，轨道发动机变轨用的，而不会让它再爬升再干什么。

　　王世林：一旦点火脱轨这是一个非常重要的步骤，如果什么时候点火脱轨了，不可再逆转了。

　　焦维新：而且第一段进入轨道之后脱轨操作，大概从它的轨道高度200多公里到122公里，就是这个阶段。这个阶段要利用它的一个轨道机动系统的推进器，这个阶段结束以后它为了安全起见把其中的一个推进器的燃料尽量耗光，因为进入到大气层以后，温度特别高，为了安全起见把燃料就烧掉了。

　　庞之浩：刚才焦教授说122公里高，那就是载入点。

　　王世林：载入大气层的一个点。

　　庞之浩：相当于大气层和太空之间的一个分界线。

　　焦维新：我们一般把载入点，122公里以上就认为大陆是绝对的真空了，120公里以下就要考虑大气层。

　　王世林：虽然比较稀薄，但也是大气层。

　　焦维新：那时大气密度明显增加。现在放的是离轨操作的过程。

　　王世林：怎么样围绕地球旋转轨道，离开这个轨道。

　　庞之浩：还有前头和后头，还有控制姿态喷气推进。

　　焦维新：这是进入大气层以后和大气层剧烈摩擦，温度非常高，周围的气点已经包围了，现在航天飞机已经被等离子体包围了。我们一般的飞机落下来是俯冲的，它进入大气层是这样的，仰着。因为它是一个很大的腹部，所以往前飞行就可以增加阻力来减少它的速度。

　　庞之浩：拱角差不多40度左右。它离地面80公里到40公里的时候，由于等离子作用产生了黑障，就像飞船似的，外界跟它无法通信，通信的信号断了，都是等离子体，没法通信，这一段也比较危险，不知道它干什么，完全靠航天飞机驾驶员自己来控制航天飞机。

　　焦维新：12分钟到16分钟的时间。

　　吴国庭：也就是航天飞机受损最严重的阶段。

　　庞之浩：温度最高的时候。

　　庞之浩：为什么叫黑障期，那个时候速度跟密度两项乘积累计起来是最高的时候，也就是加热最厉害的时候，也就是外面空气温度最高的时候，空气高到什么程度？高到空气里边电离了。它减速，发动机调头。到了载入点再调过来这么下来，靠肚子下来。

　　王世林：首先调过头来喷气、点火、减速，到了载入点再调过来。

　　庞之浩：前面有两个喷气状态。

　　王世林：以昂首的姿态降落。

　　庞之浩：最后是后轱辘降落打开降落伞，原来是没有降落伞。

　　焦维新：这个是返回整个地面的操作。第一个大概是，那就是说减速的时候，往后喷气的时候速度就会降低，降低到一定程度再翻过来。我们应该有三个步骤，反映了三个过程，最后第三步就到了这样，腹部迎着大气降落。大概是25分到30分钟就进入了122公里所有的载入界面。进入这个地方，因为大气的密度逐渐地增大了。航天飞机所经受的热量跟速度的三次方成正比，跟密度的平方根成正比，跟密度的平方根和速度的三次方乘积成正比，速度如果增加一点，经受的热量非常大。另外，它本身在大气层穿越的时候，本身大气给它的压力，我们叫做动力压力，这个动力压力也是跟密度的平方根成正比，跟速度的平方成正比。所以，在载入阶段，通过S形的路线，尽量降低它的速度。但是降低速度又不能太快，太快了假如说加速度大了以后，宇航员又遇到一个过载的问题，得有一个限定，航天飞机各种各样的传感器不断测量外部大气的一些参数，而且要知道航天飞机现在处于什么样的高度，离着陆点有多远。根据这个情况来计算我应该以多大的速度下降。这些过程人脑子是反映不过来的。所以，有一个专门编制的软件，各种传感器的数据输入以后，知道我应该做哪部分。所以，要根据当时大气的状态来决定采取什么样的措施。所以，这是一个非常复杂的过程。

　　王世林：整个过程中还是由计算机来控制，是自动控制的。

　　吴国庭：所有的控制全部是计算机。

　　庞之浩：一直到基本快着陆的时候，驾驶员，一个是凯利，以及是克利斯来控制，而且角度也得控制好。如果控制的角度太小了，容易弹出去，角度太大了，热量太大了也不行。

　　焦维新：这有一个术语，“载入走廊”。停了就像打水漂一样，返回不了大气层。

　　从大气层上弹了过去。太抖了也会过来，有一个上限、下限之间我们称为载入走廊。这个角之内能够平安返回地面。

　　王世林：刚才你们这个比喻是非常形象的，大气的表面就像水平面一样，一个速度非常快的物体如果打在水面上的时候，你打的角度正好它进去了，你打得有点角度不是很好就漂起来了。如果漂起来的话对航天飞机有什么影响？

　　庞之浩：弹出去。

　　王世林：还在转。

　　焦维新：弹到别的地方就不能到肯尼迪航天飞机的降落轨道了。

　　王世林：再转好几圈。

　　庞之浩：动力已经没有了，已经下来了。

　　焦维新：已经进行离轨操作。

　　王世林：永远像卫星一样绕着地球转了。看来载入的时候，这个操作是一个非常关键的点。无论是技术要求还是人的要求都很高。

　　焦维新：包括点火的高度、位置，这都是要精确的计算的。

　　庞之浩：高度、位置还有点火的角度如果是有误差，航天飞机下来就控制不了了，就会到别的地方。

　　焦维新：第一个是点火，使它的速度降下来，脱轨。速度掉下到一定程度之后，这时候有一个手动的机动系统，要检查一下我这个高度合不合适，有一个手动的系统。然后这个系统完了以后就像这个似的，就在一个偏转，以大概40度角下落。在下落的过程中，这个角根据实际情况稍微有些变化，但是有一条，它下落的速度由这几个因素综合考虑。比如下降的速率，距离地面的高度和到着陆点的距离之比乘下降率，目前下降率可能大概在1.5%左右。所以，不能变化太大了，也不能下降太快，也不能下太慢。所以，几个因素要综合考虑起来。后边几个就是说，下边第三个图周围有气流，这时为了降低速度做一些偏转几度，这么一偏，往那儿一转，过一会儿往那边，就可以走S形，进入了降落。