航天科普：地面如何控制飞船返回？

在飞船返回地面过程中，地面测控网起着非常重要的作用。

（1）计算飞船返回控制参数

飞船返回控制参数包括：制动发动机的工作时间，制动角、分离点，着陆时间和着陆位置等一系列与飞船返回着陆相关的参数。返回控制计算方案也有多种，比较常用的一种计算模型是：根据瞄准着陆点的位置，按照某项参数固定不变的原则，确定制动位置和制动发动机的点火时刻，并迭代计算发动机开机时间和速度增量，再按照与飞船上固定好的标准升力控制制导规律，确定制动角等其他参数，进行飞船返回轨道的预报和计算。

上述有关计算结果通过地面测控站发给飞船，让飞船按照事先设定的程序顺利返回。

（2）控制飞船返回

地面测控网控制飞船按照预定飞行计划返回地面，正常情况下，地面向飞船发送轨道参数、返回段飞行程序和返回控制参数，飞船按照设计好的程序返回地面。为使整个过程更加精确和可靠，除对返回段飞行程序进行必要的及时更新外，还要让飞船下传返回段飞行程序，由地面人员进行检查和确认。

测控网还要根据飞船工作情况，在一些关键点适时向飞船发送指令，其中包括轨道舱分离指令、推进舱分离指令、建立再入姿态指令以及启动返回舱回收着陆系统工作指令等。

在飞船返回全过程中，测控网要密切监视飞船状态，必要时进行干预，确保飞船按照预定程序返回着陆场。

（3）返回舱落点预报

飞船完成飞行任务后，返回舱将降落在哪里呢？这是人们非常关心的问题。为了回答这个问题，就要进行返回舱落点预报，即综合飞船有关信息、按照一定模型在地面仿真飞船返回过程，获得返回舱的返回圈次、着陆时间及着陆位置。这项工作非常复杂且责任重大，通常由任务飞行控制中心来完成。

为了使计算的飞行轨道更准确，即与返回舱上的计算更加一致，在计算过程中需要考虑一系列外部条件，包括：飞船返回的初始参数（位置和速度等），飞船的结构参数，气动特性参数，制动发动机的工作参数，大气的模型参数，以及飞船上预先“安装”好的标准返回轨道参数等，这些环境条件考虑得越周全、误差越小，作出的返回舱落点预报也就越精确。

返回舱落点预报的精确度直接影响着航天员搜索、救援的及时性和安全性。因此，这项指标历来受到航天任务决策者和实施者的关注，也是衡量一个国家航天技术水平的重要标志之一。

影响落点预报精度的因素有哪些？怎样才能提高落点预报的精度呢？

一是要选择最优的制动条件，减小初始条件误差，提高制动控制精度；

二是要减小返回舱质量的计算误差；

三是对飞船自由飞行段的轨道进行控制，提高再入点的精度；

四是提高航天器上测量元器件的水平，减小测量误差；

五是优化再入制导控制规律，增强再入控制能力；

六是优化航天器设计水平和风洞试验方法，减小升阻比误差；

七是进行准确的气象预报，建立精确的再入航区标准大气模型。

这些内容专业性很强，也很抽象，理解起来也有一定困难，我们可以通过下面这个例子来说明在工程实践中是如何修正着陆区的空中风对返回舱落点预报的影响。在返回舱预定开伞时刻前，着陆场区的气象人员连续测量该地区空中的风速、风向、温度、气压和湿度等气象要素，并传送至任务飞行控制中心。飞控技术人员综合利用这些参数，结合返回舱开伞后的运动模型，计算出飞船开伞点的控制修正量，在飞船通过测控站上空时发送给飞船，飞船就按照此修正量进行制导控制，调整开伞点位置，让返回舱在此点开伞。这样，风对乘伞下降过程中飞船的影响在开伞点就进行了修正，使返回舱在预定的瞄准点附近着陆。