2023年6月4日，神舟15號(hào)載人飛船刷新了中國(guó)航天員單個(gè)乘組出艙活動(dòng)次數(shù)記錄，在見(jiàn)證中國(guó)空間站全面建成的歷史性時(shí)刻后，圓滿完成任務(wù)的航天員乘坐著返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸。

神舟15號(hào)載人飛船和“雄鷹”預(yù)測(cè)點(diǎn)相差1580米，而這個(gè)降落的難度被人譽(yù)為“空中的十環(huán)”，載人返回艙返程為什么這么困難呢？

載人飛船必須保證航天員完成預(yù)定的在軌飛行任務(wù)后安全返回地面，“回收著陸”是載人飛船飛行任務(wù)的最后階段，也是航天飛行任務(wù)成敗的最終標(biāo)志。

載人飛船在幾百千米的高度繞地球飛行，為了安全返回地面，必須設(shè)法使其脫離原來(lái)的運(yùn)行軌道、飛向地面并減低它的飛行速度。因此，飛船的返回可以看作一個(gè)減速、下降的過(guò)程。

飛船的返回過(guò)程一般可分為離軌、過(guò)渡、再入和回收著個(gè)階段，需要大概40—60分鐘：

離軌階段

這一個(gè)階段的飛船首先進(jìn)行姿勢(shì)調(diào)整，建立起制動(dòng)姿態(tài)，然后制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作，改變飛船的速度和方向，同時(shí)降低飛船的下降速度，讓飛船從運(yùn)行軌道中脫離出來(lái)，轉(zhuǎn)入一條能進(jìn)入地球大氣層的過(guò)渡軌道。

過(guò)渡階段

飛船離開(kāi)原來(lái)的運(yùn)行軌道后，在重力的作用下沿著過(guò)渡軌道自由下降，在100千米左右高度到達(dá)大氣層的邊界，在這一階段，飛船會(huì)為了下一步的進(jìn)入大氣層做好一切準(zhǔn)備。

再入階段

此時(shí)的返回艙速度仍然在8km/s左右，經(jīng)過(guò)離軌和過(guò)渡階段的調(diào)整，飛船已經(jīng)可以進(jìn)入大氣層，通過(guò)船身制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入大氣層軌道。

回收著陸階段

回收著陸階段由于再入的速度極快，空氣和船身產(chǎn)生超高速的摩擦，形成了一個(gè)等離子區(qū)域，導(dǎo)致地面發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)會(huì)衰減甚至中斷，地面很難直接控制，幾乎以自由落體的方式進(jìn)行。

到達(dá)15千米左右的高度時(shí)，返回艙速度減小到亞音速狀態(tài)，其受到的空氣阻力和重力相當(dāng)，從而進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定不加速的平衡狀態(tài)下落（約200m/s），此時(shí)，如果不進(jìn)行下一步的減速措施，飛船將以100m/s左右的速度直接撞向地面。

因此，返回艙會(huì)自帶一套減速裝置，蘇聯(lián)和美國(guó)載人飛船的經(jīng)驗(yàn)充分證明，降落傘是飛船返回艙最合適、最有效、最可靠的減速裝置，我國(guó)通過(guò)返回式衛(wèi)星回收的實(shí)踐也積累了大量降落傘回收系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗(yàn)，因此，“神舟”系列飛船的減速裝置都以降落傘為核心配置。

在飛船進(jìn)入平衡狀態(tài)后展開(kāi)工作，使返回艙的速度進(jìn)一步減小到安全速度成功降落，乘降落傘著陸的返回艙最終將以一定的速度與地面（或者水面）碰撞，這個(gè)階段是較為短小的一個(gè)軌道階段，也是飛船整個(gè)飛行任務(wù)的最終階段。

在了解了整個(gè)回收過(guò)程后，我們就能夠回答一個(gè)問(wèn)題——

“返回艙如何到達(dá)指定地點(diǎn)，中間有什么動(dòng)力輔佐嗎？”

現(xiàn)在的返回艙在設(shè)計(jì)的時(shí)候理論上在“離軌、過(guò)渡和再入階段”使用制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)改變軌道，進(jìn)入預(yù)測(cè)的軌道后，最主要的回收階段中，到達(dá)平衡之前的正常情況下是無(wú)須額外動(dòng)力，只需依靠船體本身的慣性的變化來(lái)制導(dǎo)。

如俄羅斯的“聯(lián)盟”系列，通過(guò)返回艙的重量配置帶來(lái)的升力來(lái)偏轉(zhuǎn)，遇到極為特殊情況才改變配置或啟用姿態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大幅度轉(zhuǎn)彎。

其間的難點(diǎn)就在于：

大氣層及高空氣流的變化并非能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的，在返回艙極高的速度下，一丁點(diǎn)的偏差就會(huì)導(dǎo)致飛船偏離出好幾公里的距離。

讓最終落點(diǎn)更加精確的辦法就是通過(guò)更為合理的制導(dǎo)方式進(jìn)入返回軌道，神舟15號(hào)為了能夠最大精度的符合預(yù)測(cè)使用了“校正雙環(huán)制導(dǎo)方式”。

針對(duì)大氣密度的不確定性對(duì)預(yù)測(cè)精度的影響及導(dǎo)航誤差對(duì)制導(dǎo)精度的影響等，從神舟12號(hào)以后使用了自適應(yīng)的預(yù)測(cè)方法——二代返回制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)（二代GNC系統(tǒng)）。

以往一代GNC系統(tǒng)的預(yù)測(cè)都是基于標(biāo)準(zhǔn)的彈道的預(yù)測(cè)辦法，飛船沿著預(yù)定好的路線返回，如果返回過(guò)程中出現(xiàn)了偏差，飛船不能夠自動(dòng)啟動(dòng)火箭調(diào)整，只能通過(guò)地面人工干預(yù)，而這樣的人工干預(yù)存在誤差問(wèn)題，很容易落點(diǎn)就產(chǎn)生較大偏差。

如神舟1-11號(hào)發(fā)射時(shí)，雖然都安全返回了，但是返回器的落點(diǎn)散布與預(yù)測(cè)值相差較大，預(yù)測(cè)差值最大達(dá)到13公里的范圍。

二代GNC系統(tǒng)的雙環(huán)制導(dǎo)方式，使用的是預(yù)測(cè)校正+標(biāo)準(zhǔn)彈道跟蹤的模式，飛船能夠接受衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳回的信息，自動(dòng)根據(jù)位置、速度等信息進(jìn)行自動(dòng)修正后把信息傳輸?shù)阶藨B(tài)穩(wěn)定與控制系統(tǒng)。

快速的校正周期使得返回艙的落點(diǎn)幾乎能夠“指哪兒打哪兒”，不會(huì)出現(xiàn)大范圍無(wú)法預(yù)測(cè)地散步。

為了更加的精確，在距離地面較近的時(shí)候，反推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)使用階段，伽馬射線測(cè)高儀會(huì)更加精確地提供數(shù)據(jù)，使得落點(diǎn)更為精準(zhǔn)。

這一套系統(tǒng)的使用直接讓我們國(guó)家地再入精度達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，從原先的13千米差距直接降低到了2千米差距內(nèi)。

能夠一直選擇陸地范圍內(nèi)降落也就是對(duì)這套系統(tǒng)擁有極大的自信，不需要擔(dān)心飛船軌道產(chǎn)生大范圍偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生撞擊居民區(qū)的危險(xiǎn)情況。

如神舟13號(hào)返回的預(yù)定區(qū)域是一個(gè)36X36公里的正方形區(qū)域，經(jīng)過(guò)修正后的預(yù)測(cè)軌道距離理論預(yù)報(bào)點(diǎn)僅僅百米，相當(dāng)于打靶10.8環(huán)的成績(jī)，

我國(guó)的二代GNC系統(tǒng)，在未來(lái)經(jīng)過(guò)適應(yīng)性修改、擴(kuò)充或裁剪后，將會(huì)用于空間站工程載人飛船正常及各類應(yīng)急返回、大氣層外應(yīng)急救生、多用途飛船的軌道再入等項(xiàng)目。