神舟14号の帰還成功の背後にはどのような技術的力があるのでしょうか?

12月4日20時9分、神舟14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。中国航天科技集団、中国航天科技工業集団、中国電子科技集団などの中央企業の科学研究チームは、神舟14号の乗組員の安全な帰還を確実にするために、数々の技術的方法を革新した。 「帰路」における中央企業のハードコア技術革新の応用を数える——

12月4日20時9分、神舟14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、神舟14号有人飛行ミッションは完全に成功した。

神舟14号乗組員の帰還は、中国の宇宙ステーションの「T」型基本構成が完成した後の最初の帰還ミッションとなる。有人宇宙船が冬の夜に東風着陸地点に帰還するのも初めてのことだ。このミッションは、神舟13号有人宇宙船の帰還以来の技術的状態を継続するものである。急速帰還モードを使用することで、地球を一周する帰還飛行が18周から5周に短縮され、帰還時間も20時間近く短縮されました。これまでのミッションと比較すると、低温と暗い夜が今回のミッションの2つの大きな課題です。この課題に直面して、我が国の科学研究チームは、神舟14号の乗組員の安全な帰還を確実にするために、数々の技術的手法を考案しました。

新華社写真、北京、2022年12月4日

熱制御システムにより宇宙飛行士の帰還がより暖かく快適になる

12月の東風着陸地点では、ゴビ砂漠に身を切るような冷たい風が吹き荒れ、夜間の気温は氷点下20度まで下がった。神舟14号の乗組員が帰路に着くまでどうやって暖かく過ごせるのか、多くの人が心配している。

中国第五航空科学技術研究所有人宇宙船回収試験チーム総括技術責任者の彭華康氏は、有人宇宙船が宇宙ステーションから分離した後、宇宙船自身の熱制御サブシステムが温度と湿度の制御を引き継ぎ、密閉された客室の温度を17℃から25℃の範囲に制御すると紹介した。

このシステムで行われる対策には、アクティブ熱制御とパッシブ熱制御が含まれます。パッシブ熱制御とは、宇宙船のキャビン表面の耐熱材料、コーティング、キャビンファンを指します。能動熱制御には、宇宙船内の加熱プレートとラジエーターが含まれます。

新華社写真、東風着陸地点、2022年12月4日

大気圏に突入する過程では、大気との激しい摩擦により帰還カプセルの温度がある程度上昇します。しかし、熱制御予冷により、帰還カプセル内の温度を事前に下げることができます。同時に、帰還カプセルの表面にあるアブレーション物質のアブレーションと昇華により、大量の熱が奪われます。

帰還カプセルが着陸した後は、主にカプセルの受動的な断熱性能が役割を果たします。 「シミュレーション計算によると、帰還カプセルが氷点下25度の砂漠に着陸した場合、キャビンのドアや換気扇を開けなくても、キャビン内の温度は最大1時間15度以上に維持できる」と彭華康氏は述べた。

記者が中国宇宙飛行士センターから得た情報によると、低温と暗い夜間の環境に対応するため、科学研究者らは宇宙飛行士用の新たな暖房装置を開発し、一連の補助照明対策を追加したという。同時に、医療監視と健康保険の作業プロセスを最適化し、宇宙飛行士の船室外での滞在時間を短縮し、医療監視と健康保険関連の作業を遂行するために適時に宇宙船内に入ることを保証しました。

通信・制御ネットワークは宇宙船の安全な帰還のための「明るい目」を作り出す

帰還カプセルが速度を変えて帰還軌道に入ることから、推進カプセルと帰還カプセルの分離、帰還カプセルの大気圏突入から安全な着陸まで...帰還のすべてのステップで、計測および制御システムがコマンドを送受信し、帰還の旅を段階的に牽引および護衛する必要があります。

中国電子科技集団公司は、主要着陸地点において、多地点衛星通信システムと多機種計測制御システムを導入し、衛星通信設備をアップグレードして伝送容量を5～10倍に増加させた。回収エリア向けに新たに開発された北斗状況システムは、北斗ナビゲーションシステムの測位機能とショートメッセージ機能を活用し、指揮センター、前線指揮、捜索プラットフォームからなる3in1指揮システムを構築し、帰還カプセルの捜索効率を大幅に向上させ、回収時間を短縮します。

神舟14号再突入カプセルが大気圏に突入して以来、中国航空宇宙科学産業第二研究院の計測レーダーは「明るい目」のようにリアルタイムのデータを追跡・計測し続けている。

帰還カプセルが大気圏に突入すると形成される「ブラックバリアゾーン」により、帰還カプセルと地上の追跡管制局間の通信が遮断される。この問題を解決するために、中国航空宇宙科学産業公司第二科学院第23研究所は、フェーズドアレイ測定レーダー「回収1号」を独自に開発しました。このミッションを遂行したレーダーは、以前のミッションの経験を吸収し、設計を最適化および改善しました。

暗闇と極寒という二重の課題により、方向性のある捜索救助機器に対する要求は高まります。中国電子科技集団公司第22研究所の有人宇宙ミッションチームの責任者である宋磊氏は、今回のミッションで科学研究チームが天地一体型の捜索誘導システムの構築を強化したことを紹介した。新たに開発された宇宙飛行士通信無線は、着陸地点の計測・制御システムとのシームレスな接続を実現し、初めて宇宙飛行士の客室内の呼び出し音声を北京飛行管制センターまで「延長」した。

さらに、ヘリコプターの前部キャビンの捜索誘導システムは、着陸地点での複数の捜索救助情報を深く統合し、インテリジェントな意思決定を行い、捜索ヘリコプターが帰還カプセルの軌道を遠くから事前に予測できるようにし、捜索任務のための貴重な「事前時間」を獲得します。

減速バッファーは「穏やかな」着陸を実現するために連結されている。

彭華康氏は、帰還カプセルが大気圏に突入した瞬間から、カプセル表面の耐熱材料の炭化と融解により大量の熱が奪われ、帰還カプセルの飛行運動エネルギーが減少し続け、速度が秒速7.9キロメートルから秒速数百メートルまで徐々に低下したと紹介した。

地上から約40キロ離れた時点で、宇宙船は基本的に「ブラックバリアゾーン」を抜けていた。帰還カプセルに搭載された静圧高度制御装置は、大気圧を測定して高度を決定します。帰還カプセルが地上から約10キロ離れたところで誘導パラシュート、減速パラシュート、主パラシュートが次々と開き、3つのパラシュートの面積は数平方メートルから1,000平方メートル以上に徐々に拡大します。このパラシュートセットは帰還カプセルの速度を毎秒 200 メートルから毎秒 7 メートルに減速し、過負荷を軽減して宇宙飛行士を保護します。

新華社写真、東風着陸地点、2022年12月4日

メインパラシュートが完全に開いた直後、帰還カプセル内のガンマ高度制御装置が作動し、ガンマ線を放射して地上からの高度をリアルタイムで測定しました。

帰還カプセルが地上から1メートルの高さまで降下すると、底部のガンマ高度制御装置から点火信号が送信され、カプセル上の4つの逆推力エンジンが点火して上向きの衝動が発生し、帰還カプセルは毎秒1～2メートルの速度で着陸します。同時に、緩衝装置を備えた宇宙飛行士の座席は着陸前に上昇し始め、宇宙飛行士の着陸の衝撃をさらに軽減し、「穏やかな」着陸を実現します。