姿勢調整、降下、パラシュート降下による着陸の「4段階」プロセスで神舟12号の帰還プロセスを分析！

制作：中国科学普及協会

制作：トランタースペース

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター

2021年9月17日、神舟12号有人宇宙船の帰還カプセルが東風着陸地点に無事着陸した。 3か月間の軌道上ミッションを終え、3人からなる宇宙出張チームは無事に帰還した。

帰還カプセルが地球に帰還するプロセスは、特に大気圏を通過する前は、さまざまな変数と危険に満ちています。このとき、帰還カプセルは複数のコマンド操作を完了し、適切な角度で大気圏に突入して初めて安全に帰還できる。

神舟12号の断熱屋根は最も耐熱性の高い部分です（写真提供：CCTV.com）

大気圏を通過する際、キャビンの断熱材上部の温度は2200K～2600Kに達する可能性があり、この期間中は通信に支障をきたします。 「宇宙出張トリオ」は帰国するまでに多くの苦難と危険を乗り越えた。

予備的な実用検証を経て、神舟シリーズの宇宙船の技術は非常に成熟した。神舟12号の着陸成功は、神舟宇宙船の帰還技術のさらなる検証であり、東風着陸地点の支援状況の信頼性と完全性を実証するものでもある。

「4つのステップ」- 神舟12号の帰還プロセス！

神舟12号の組み立て展示（写真提供：国家宇宙局）

神舟12号は正式に「帰還」する前に帰還過程で10回以上の実戦訓練を経ており、関連技術はかなり成熟していた。

完全な返品プロセスは、「4 つのステップ」として要約できます。

第一段階は、神舟12号が宇宙ステーションを離れ、姿勢を調整することである。

まず、神舟12号は反時計回りに90度回転しました。もともと前方にあった軌道モジュールが左に調整され、推進モジュールが右に移動し、横向きに飛行するようになりました。このステップの目的は軌道モジュールから分離することであり、神舟12号は3つのモジュールの組み合わせから2つのモジュールの組み合わせに変更されます。

その後、推進モジュールが前方、帰還モジュールが後方に来るように反時計回りに 90 度回転します。これは、宇宙ステーションを離れたときの向きとまったく逆になります。このステップは、推進モジュールが前方を向くように神舟12号の2回目の姿勢調整を行うものです。ピッチ角を調整した後、エンジンを始動し、エンジンブレーキにより速度を低下させます。

その後、神舟12号は帰還の第2段階に入り、帰還カプセルと推進カプセルの2室の組み合わせで無動力の自由降下を行った。

2室の客室は高度393キロメートルから降下を開始し、高度140キロメートルで推進客室が帰還客室から分離します。このとき、帰還キャビンは地球の大気圏にちょうど突入できるように、正しい再突入姿勢角度を選択する必要があります。

再突入姿勢角は非常に重要です。角度が大きすぎると、宇宙船の速度を制御するのが容易ではなくなります。角度が小さすぎると、水上で石が跳ね返るのと同じように、濃い大気によって跳ね返されてしまいます。

第三段階は大気圏への再突入です。

この時、帰還カプセルは高度約100キロメートルにあり、秒速約7キロメートルの速度で地球の大気圏に突入します。この時、帰還カプセルは大気圏と激しく擦れており、地上からはまるで流星のように見えます。

高温にさらされると、アブレーティブペイントが燃えて黒い跡が残ります（画像出典：CCTV スクリーンショット）

帰還カプセル前端の断熱材上部の温度は2200K～2600Kで、航空機エンジンの燃焼室の温度に匹敵します。

帰還カプセルはアブレーション材によって高温に耐えますが、耐熱設計に従ってカプセルの姿勢を制御して加熱状態を維持する必要があります。このとき、帰還カプセルもプラズマ層に包まれ、黒いバリアが形成されます。高度が40キロメートルまで下がったときにのみ、黒い障壁は消えます。その前に、地上と帰還カプセル間の通信が中断されます。

第4段階はパラシュートによる減速と着陸です。

帰還カプセルは地上から約10キロの高度で誘導パラシュートを開き、誘導パラシュートが完全に膨らんだ後、減速パラシュートの引き出しを続けた。

支援ヘリコプターは帰還カプセルが着陸する間、すでにその位置を発見していた（画像出典：CCTV スクリーンショット）

高度8キロで減速パラシュートが帰還カプセルから分離し、続いて主パラシュートが放出された。次にゆっくりと下降するプロセスが続きます。地上から高度5キロメートルに達すると、帰還カプセルは断熱底部を捨てて逆推力エンジンを露出させます。地面に接触する前に、最終的な減速のために地面から1メートルの高さで4つの逆推力エンジンが始動されます。

最終的に、宇宙船は秒速2メートルの速度で地面に接触しました。着陸後、風が強すぎてメインパラシュートが帰還カプセルを引きずってしまう場合、宇宙飛行士は手動でメインパラシュートを切り離すことができます。

神舟12号の帰還カプセルが地上に着陸（画像提供：CCTVスクリーンショット）

ダイナミックリターンと測定および制御の保証は、2つの主要な技術アプリケーションのハイライトです。

宇宙飛行士の安全を完全に確保するために、帰還プロセス全体にわたって 10 回を超える実践的なテストが実施されました。それだけでなく、神舟12号は今回の帰還時にもブラックテクノロジーのハイライトを2つ使用しました。

最初のハイライト技術は、従来の時間指定および固定小数点の戻り方式を動的適応戻り技術に置き換えることです。

この利点は、宇宙船のリアルタイム軌道に基づいて着陸地点を予測できるため、帰還軌道を精密に制御し、着陸地点の位置を正確に把握できることです。この技術は同業他社の中でもトップクラスに位置しています。

帰還カプセルから送られてきたビデオ映像によると、帰還カプセルがまだ地面に着地していないときに地上支援チームのヘリコプターがすでに近くに到着していたことがわかり、帰還カプセルの軌道と着陸地点に関する私たちの判断が非常に正確であったことがわかります。

同時に、動的適応帰還技術により帰還時間も短縮され、帰還カプセルは「特定の時点」で帰還する必要がなくなり、条件が満たされる限り帰還できるようになります。これにより、宇宙飛行士が地上に戻るまでの待ち時間が短縮され、その後の宇宙ステーションの正常運用に大きく貢献することになります。

2 つ目の技術的ハイライトは、宇宙ベースの計測および制御のサポートであり、宇宙ベースの計測および制御に 3 つの天聯中継衛星を活用します。

神舟12号が軌道を離れてから推進モジュールが分離されるまで、そして高度393キロメートルから140キロメートルまで、すべて天聯衛星による計測と制御によってサポートされました。これを行う利点は、帰還プロセスにおける地上観測ステーションへの依存度が低減されることです。

新たな計測制御方法として、宇宙ベースの計測制御も業界をリードしており、帰還プロセス全体が天聯衛星の監視下にあることを意味します。現実とは全く異なる「監視」も航空宇宙技術の技術的基礎を示すものだ。

宇宙ステーションの通常運用

神舟12号は無事帰還し、間もなく天舟3号と神舟13号が引き継いで「空へ舞い上がる」予定で、将来的にはさらに多くの宇宙ミッションが行われる予定だ。

ここには原則があります。神舟宇宙船はローリングバックアップ打ち上げモードを採用しています。

神舟13号の打ち上げ準備が整ったとき、神舟14号はすでに打ち上げ前の準備をすべて完了していました。

神舟13号が宇宙ステーションとの安全なドッキングを確認した後にのみ、神舟14号はバックアップモードに切り替わり、真に「あらゆる事態に備える」ことになる。

ローリングバックアップモードは宇宙飛行士の生命安全を全面的に確保するために設計されており、天宮宇宙ステーションの通常運用におけるローテーションモードにもなります。次に、神舟13号の宇宙飛行士は6か月間軌道上に滞在することになり、半年にわたる宇宙旅行も将来の宇宙ステーションの運用の標準的な構成となるでしょう。

神舟Ⅴから神舟ⅩⅢまで。飛行時間は21時間28分から6か月に増加しました...宇宙飛行士はますます長い期間宇宙に滞在できるようになり、宇宙への旅行はますます容易になります。

中国の宇宙計画は今後も飛躍的な進歩を遂げ、宇宙探査への歩みはより一層着実に進むものと我々は信じています。