误差1580米！为何还说神舟十五号落点精度很高？降落到底有多难？

2023年6月4日，神舟15号载人飞船刷新了中国航天员单个乘组出舱活动次数记录，在见证中国空间站全面建成的历史性时刻后，圆满完成任务的航天员乘坐着返回舱在东风着陆场成功着陆。

神舟15号载人飞船和“雄鹰”预测点相差1580米，而这个降落的难度被人誉为“空中的十环”，载人返回舱返程为什么这么困难呢？

载人飞船回收着陆系统

载人飞船必须保证航天员完成预定的在轨飞行任务后安全返回地面，“回收着陆”是载人飞船飞行任务的最后阶段，也是航天飞行任务成败的最终标志。

载人飞船在几百千米的高度绕地球飞行，为了安全返回地面，必须设法使其脱离原来的运行轨道、飞向地面并减低它的飞行速度。因此，飞船的返回可以看作一个减速、下降的过程。

飞船的返回过程一般可分为离轨、过渡、再入和回收着陆四个阶段，需要大概40—60分钟：

离轨阶段

这一个阶段的飞船首先进行姿势调整，建立起制动姿态，然后制动发动机点火工作，改变飞船的速度和方向，同时降低飞船的下降速度，让飞船从运行轨道中脱离出来，转入一条能进入地球大气层的过渡轨道。

过渡阶段

飞船离开原来的运行轨道后，在重力的作用下沿着过渡轨道自由下降，在100千米左右高度到达大气层的边界，在这一阶段，飞船会为了下一步的进入大气层做好一切准备。

再入阶段

此时的返回舱速度仍然在8km/s左右，经过离轨和过渡阶段的调整，飞船已经可以进入大气层，通过船身制动发动机进入大气层轨道。

回收着陆阶段

回收着陆阶段由于再入的速度极快，空气和船身产生超高速的摩擦，形成了一个等离子区域，导致地面发射的无线电信号会衰减甚至中断，地面很难直接控制，几乎以自由落体的方式进行。

到达15千米左右的高度时，返回舱速度减小到亚音速状态，其受到的空气阻力和重力相当，从而进入一个稳定不加速的平衡状态下落（约200m/s），此时，如果不进行下一步的减速措施，飞船将以100m/s左右的速度直接撞向地面。

因此，返回舱会自带一套减速装置，苏联和美国载人飞船的经验充分证明，降落伞是飞船返回舱最合适、最有效、最可靠的减速装置，我国通过返回式卫星回收的实践也积累了大量降落伞回收系统的丰富经验，因此，“神舟”系列飞船的减速装置都以降落伞为核心配置。

在飞船进入平衡状态后展开工作，使返回舱的速度进一步减小到安全速度成功降落，乘降落伞着陆的返回舱最终将以一定的速度与地面（或者水面）碰撞，这个阶段是较为短小的一个轨道阶段，也是飞船整个飞行任务的最终阶段。

在了解了整个回收过程后，我们就能够回答一个问题——

“返回舱如何到达指定地点，中间有什么动力辅佐吗？”

神舟飞船的精确制导

现在的返回舱在设计的时候理论上在“离轨、过渡和再入阶段”使用制动发动机改变轨道，进入预测的轨道后，最主要的回收阶段中，到达平衡之前的正常情况下是无须额外动力，只需依靠船体本身的惯性的变化来制导。

如俄罗斯的“联盟”系列，通过返回舱的重量配置带来的升力来偏转，遇到极为特殊情况才改变配置或启用姿态发动机进行大幅度转弯。

其间的难点就在于：

大气层及高空气流的变化并非能够精准预测的，在返回舱极高的速度下，一丁点的偏差就会导致飞船偏离出好几公里的距离。

让最终落点更加精确的办法就是通过更为合理的制导方式进入返回轨道，神舟15号为了能够最大精度的符合预测使用了“校正双环制导方式”。

针对大气密度的不确定性对预测精度的影响及导航误差对制导精度的影响等，从神舟12号以后使用了自适应的预测方法——二代返回制导导航与控制系统（二代GNC系统）。

以往一代GNC系统的预测都是基于标准的弹道的预测办法，飞船沿着预定好的路线返回，如果返回过程中出现了偏差，飞船不能够自动启动火箭调整，只能通过地面人工干预，而这样的人工干预存在误差问题，很容易落点就产生较大偏差。

如神舟1-11号发射时，虽然都安全返回了，但是返回器的落点散布与预测值相差较大，预测差值最大达到13公里的范围。

二代GNC系统的双环制导方式，使用的是预测校正+标准弹道跟踪的模式，飞船能够接收卫星实时传回的信息，自动根据位置、速度等信息进行自动修正后把信息传输到姿态稳定与控制系统。

快速的校正周期使得返回舱的落点几乎能够“指哪儿打哪儿”，不会出现大范围无法预测地散步。

为了更加的精确，在距离地面较近的时候，反推进发动机使用阶段，伽马射线测高仪会更加精确地提供数据，使得落点更为精准。

这一套系统的使用直接让我们国家地再入精度达到了世界领先水平，从原先的13千米差距直接降低到了2千米差距内。

能够一直选择陆地范围内降落也就是对这套系统拥有极大的自信，不需要担心飞船轨道产生大范围偏转产生撞击居民区的危险情况。

如神舟13号返回的预定区域是一个36X36公里的正方形区域，经过修正后的预测轨道距离理论预报点仅仅百米，相当于打靶10.8环的成绩，

结语

我国的二代GNC系统，在未来经过适应性修改、扩充或裁剪后，将会用于空间站工程载人飞船正常及各类应急返回、大气层外应急救生、多用途飞船的轨道再入等项目。