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神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

类别:科技 发布时间:2022-12-06 09:02:00 来源:萌宠大借哥说百科

根据直播给出的地图信息,笔者对现场几个节点进行了重建搜索区地图,然后取得正中理论瞄准点的坐标信息,然后再结合公开的最后落点坐标信息,最后给出落点与理论精度的误差,重建地图后如下:

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

从上图中取得坐标点为41.63364,100.07432,与最后一次报告的落点的坐标东经100°03'08'' 北纬:41°39'12'',转换后的坐标为100.05222,41.65333,两者距离使用经纬度距离计算:

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得出的结果为2855.99米,也就是2.856千米左右,看起来误差挺大哈。之前神舟十二号精度比较高,落地后一分钟内工作人员上前查看,但根据神舟十四号的落点情况来看,笔者根据落地直播大致算了下:

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落地时间为20点09分47秒(央视直播有些延迟,不过不影响时间段取值),之后则是雄鹰报告发现目标,然后再是地面人员报告发现目标,下图为地面人员上前查看:

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时间为20点16分03秒,总共经过了大约7分钟,笔者在看直播时也觉得这时间稍微长了点,但没想到居然花了7分钟,可能与落点精度也有些关系,毕竟理论落点与驻地之间的位置现场应该已经演练多次,而落点误差相对比较大时可能花的时间就比较久了。

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不过笔者必须要提醒一下,目前的瞄准点坐标是重新建模取得,与官方公布的地图坐标存在一定的目视误差,因此精度2.85千米可能不是很准,但基本应该会在2千米以上,有兴趣的朋友可以自己在地图上建模试试看。

为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

估计各位对神舟十四号的落点控制在2千米以上应该比较失望,原因也很简单,目前公布的弹道导弹圆概率误差CEP在30~50米左右,而且还是无控的洲际导弹弹头,这飞船还是有测控返回并且有人驾驶的,为什么就不能落在正中靶心呢?

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飞船落点精度控制,真不是那么容易

飞机的落点很容易掌控,因为飞行员可以在驾驶舱控制并通过仪表与导航系统以及目视修正航线,最终降落目的地。

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洲际导弹能精确命中目标是因为级弹载的精准惯性导航系统,这是不需要外界输入信号的一种使用陀螺仪监测与飞行状态差异信息的装置,目前已经可以让洲际导弹在上万千米的距离内的CEP误差在30米~50米左右。

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当然这还不只是陀螺仪的功劳,还有洲际导弹的弹头修形精度,这是非常适合在大气层中保持精度的圆锥体,因此在以高马赫数穿过大气层时仍然可以保证如此高的精度。

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但飞船就不是这样了,为了保证乘员的安全和舒适性,飞船的下降轨迹必须控制在1.5°~1.7°左右,这样一算,这个减速点距离落点至少超过1.3万千米,加上需要测控数据佐证,这距离就达到1.6万千米了,距离越长,误差越大,而且从近地轨道到地面时还有多个环节影响精度,大致会经历如下几个步骤:

1、第一次调姿,轨返分离,准备减速;

2、第二次调姿,发动机开启,返回制动开始;

3、滑行,姿态调整,到145千米高度推反分离,抛弃推进舱;

4、建立再入攻角,准备再入,大约在100~90千米进入大气层;

5、黑障:从68千米处开始进入黑障,45千米处出黑障,通信中断约5分钟;

6、出黑障后自由坠落,到10千米高度时开引导伞、再开减速伞、最后开主伞;

7、主伞打开后开始排空推进剂,空中摇摇晃晃时候产生的烟雾就是姿控发动机燃料;

8、5.5千米高度时抛防热大底,之后搜救队伍出发开始前往预定着陆点;

9、距离地面1米时开启反推发动机,将速度减少至2米/秒以下,飞船着陆;

在这些步骤中,有的对精度没啥影响,但其中有几步对精度影响非常大,笔者统计如下:

2、第二次调姿后的减速制动,对返回落点精度有决定性影响,如果减速过头就会提早落地,如果减速不够,那么就会越过落点,减速后必须通过测控获得最新的数据,如果在允许精度误差范围内,那么就不用再操作了,等待推反分离;

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分离推进舱

4、推反分离后建立再入攻角,因为飞船虽然是一个钟形,但在高速穿越大气层时以一定的攻角仍然会产生足够的升力,而且神舟飞船属于半弹道半升力返回可以调整返回轨迹与落点,另外过载也比较小,只有3.22G,比弹道式返回10G要小得多,舒适性更高。

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建立再入攻角

但由于存在攻角与升力,并且神舟十四号飞船可以自动修正轨迹、控制落点,、精度可控,比之前的飞船要更智能。这里比较要了解下,在大气层中调整轨迹一般都是控制飞船的重心以达到控制飞船轨迹的目的,不是通过发动机控制的,在进入大气层后这个姿控发动机就不工作了,这点各位请注意。

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7、主伞打开后就听天由命了,因为纯减速伞没有控制落点的能力,只能被从10千米到地面的风吹来吹去,12月4日的酒泉的天气为:

今晨6时,酒泉晴,气温-14℃,西南风4-5级,相对湿度71%。 预计,今天白天多云,最高气温-5.1℃,微风,今天夜间晴,最低气温-11.4℃,微风。”

地面是微风,不过中高空风速没有发布,虽然地面风速不大,但对落点的精度影响最大的是高空风速,这次落地误差比较大,可能与高空风速有关,但笔者没有相关信息,无法做出更准确的判定。

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这个超过2千米的落点误差,也许是三个控制节点的累积误差,也有可能是主伞开伞后的高空风速导致的误差,这点还真比较正常,因为从10千米高度伞降一个物体,被吹飘离着陆地超过2千米,笔者还真不感到奇怪。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

我已为精度2.8千米很惊讶很激动了,这么小的误差,厉害了。航天员又不能操控,而气象因素,空气密度,温度,风向,风速等每分每秒都在变化,影响着高速降落的回归舱,而落点仅2公里多3公里不到的误差,说不上是绝对完美,也称得上相对完美了。不知在这个时候故意拿不能正中靶心做标题说事是什么用意?就是在飞机上跳伞也不一定能正中靶心吧?

大家一定有这个疑问,为什么不换呢?答案是我们着陆地位于神舟十四轨道倾角对应的比较高纬度地区,更换路线的可能性就很低了,另一个问题则是南大西洋磁异常区很大,就算稍稍调整下位置,我们的飞船还是会经过这片区域!

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航天器的轨道和倾角

在航天发射中经常会听到一个参数:近地点高度XXX千米、远地点高度XXX千米、倾角XX.XX度,航天器进入预定轨道,发射圆满成功,这个就是航天器发射时入轨的几个参数,这代表了这个航天绕地运行的关键参数:

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

上图天宫空间站运行的基本参数,其中还有两行式轨道根数,这才是天宫运行的“详细参数”,因为可以根据这些信息可以还原出天宫在地球轨道上运行的准确参数,比如何时会经过某一点等。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

示意图倾角稍大:不过各位也可以对着看看,哪根轨迹会路过

不过来讨论着陆路径与区域选择时却用不到那么多信息,只需轨道倾角即可,这是卫星轨道平面与地球赤道面的夹角,这个角度和卫星能抵达的最高纬度是基本一致的,我国神舟飞船的着陆区域有两个,一个是四子王旗着陆场,另一个是东风着陆场,目前以东风着陆场为主,因为这里背靠酒泉基地,常备搜救会更容易。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

图源:星球科普局

东风着陆场纬度为41°左右,和天宫空间站的41.47度相差无几,也就是说这是神舟飞船能到达的纬度最北区域,如果在低纬度区域,那么有两次机会着陆,一次是星下点轨迹由西南到东北,另一次是星下点轨迹由西北到东南,但在最高纬度区域时则只有一次,从这条轨迹延伸的前端就是准备区域。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

比如在海南岛低纬度的19°左右,机会就有两次了,但不符合载人飞船着陆区域要求,海南岛山林密布、人口密集,地形为热带雨林太过复杂,因此只能选择在内陆的内蒙古荒漠与半荒漠地区。

路线无法选择:操作位置离开南大西洋异常区不行吗?

这是一个科学问题,不是选择题,原因很简单,如果要在东风着陆场着陆,那么就可以反推了,比如飞船下降轨迹角度必须控制在1.5~1.7°,而且在下降前要抛掉轨道舱,还要调姿准备减速,再启动减速火箭减速,确认完毕后进入滑行,到145千米高度再抛弃推进舱等等一系列任务,并且还要给这些任务留出足够的验证时间。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

出处刚好位于南大西洋磁异常区上空

你会发现,假如以1.5°的下降轨迹延伸到400千米高度时,着陆区距离星下点位置大约就是1.3万千米以外了,如果要预留一些验证的时间,那么距离就在1.6万千米以外了,而这片区域刚好就在南大西洋地磁异常区范围内。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

因为南大西洋地磁异常去范围太大了,范围从南美洲南部到南大西洋海域,东边接近非洲海岸,而且近些年来还有不断扩大地球趋势,面积在1280万平方公里左右,比我国的国土面积都还要大,无论如何都避不开这个区域。

既然无法避开:航天器该怎么办?

首先来了解下带电粒子是如何影响电路的,一般有如下几种方式:

现代电子大量采用MOS管,MOS管的栅氧层易受电离辐射影响,当到达一定剂量时就引起器件失效,这种叫做“总辐射剂量TID”效应。

另一种则是当高能粒子打击晶格,会造成晶格内原子位置移动。该影响对卫星太阳能电池板影响最大,容易引起太阳能电池板效率下降,最终导致卫星供电不足,这种叫做“位移损伤DD”。

还有一种是高能粒子在击中逻辑电路时容易造成电路逻辑翻转,可能会进入死循环,这种是“单粒子事件SEE”

解决这些问题也不难,加固就可以了,增加足够强的屏蔽层,让带电粒子进不来,另一个方法是增加冗余度,比如在FPGA设计上,可以采用叫做Three Module Redundancy的技术,利用三套电路来“投票”决定,这就排除了偶发性的误动作,当然也还有其他方式来加固,就不一一介绍了。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

第一个方法直接,但无法防止从暴露在外的天线上进入的信号,而且重量增加明显,第二个则相对比较完全的解决了问题,但前提是性能下降,不过好在是星载CPU这些性能要求并不是特别高,而是对可靠性提出了更高的要求,这就是大家看到的星载CPU性能低到可怜却仍然能完美的完成任务的原因。

在轨期间,神舟十四号乘组先后迎来问天、梦天实验舱,配合地面完成空间站组装建设工作,从单舱组合体飞行逐步建成三舱组合体飞行状态。

首次进驻两个实验舱。问天实验舱和梦天实验舱是中国空间站的两个实验舱段,发射重量均约23吨。神舟十四号航天员在轨期间,中国空间站首次实现两个20吨级的航天器交会对接,完成国际首次平面式转位。其中问天实验舱任务是中国空间站第一次在有人状态下进行交会对接。

首次在问天实验舱进行太空授课。10月12日,“天宫课堂”在问天实验舱开讲,神舟十四号航天员作为新晋“太空教师”,介绍和展示了问天实验舱的工作生活场景,并首次展示了空间站植物研究项目的科学实验操作。陈冬戴上空间站内首个混合现实眼镜,在科学手套箱内对在太空中生长的拟南芥进行样品采集。

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3次出舱创纪录

神舟十二号、神舟十三号乘组分别开展了2次出舱任务,神舟十四号航天员乘组共完成了3次出舱活动,创造了一次飞行任务3次出舱的纪录。

首次从问天实验舱气闸舱出舱。9月初,陈冬、刘洋完成他们的出舱首秀,这是中国空间站建造阶段的首次出舱活动,问天实验舱气闸舱首次使用,小机械臂首次辅助舱外作业。

出舱活动间隔时间最短。9月17日,乘组完成第二次出舱活动,此次任务距离乘组首次出舱仅隔16天,创下中国航天员两次出舱活动间隔时间最短纪录。

空间站“T”字构型下首次出舱。神舟十四号乘组最后一次出舱是中国空间站形成“T”字基本构型后的首次出舱任务,航天员的出舱活动范围由单舱扩展到三舱。陈冬成为首位登上组合机械臂的航天员;蔡旭哲实现首次跨舱段舱外行走,成为首个到达梦天实验舱舱外的航天员。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

两个乘组首次“太空会师”

首次在轨“收快递”。11月12日,天舟五号货运飞船成功发射,并首次实现2小时快速交会对接,创下人类航天器最快交会对接纪录。这是中国航天员首次在轨迎来货运飞船。飞船向空间站送去了神舟十五号3名航天员6个月的在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资。

首次迎接载人飞船来访。11月30日,神舟十五号载人飞船成功对接空间站组合体,中国航天员首次在空间站迎来载人飞船,神舟十四号航天员与神舟十五号航天员顺利“会师太空”,中国首次实现6名航天员同时在轨飞行。

而且不知道各位是否有发现,我国的载人航天器返回都会经过这片区域,无论是月球探测器采样返回,还是当年的小飞(月球采样返回的试验性航天器)又或者是目前的载人飞船,都会经过这条“路”。

神十四落点精度为何无法正中靶心?为何误差那么大?落点真的很难控制吗?

原因是我国的着陆场在内蒙古四子王旗和甘肃酒泉附近的东风着陆场,从绕地轨道可以看出,要想星下点位于这俩地区着陆时,绕地轨道的轨迹就会经过南大西洋(顺行轨道),这是我们绕不开的区域。

经过神舟一号到神舟十三号的洗礼,我们的神舟飞船还有测控技术已经炉火纯青,完全不必担心神舟十四号会遭遇危险,当然这并不代表中国航天的测控团队会掉以轻心,恰恰相反,他们会每次测控都和第一次一样严肃认真对待,是我们神舟系列飞船安全的最重要保障之一。返回搜狐,查看更多

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快照生成时间:2022-12-13 17:06:26

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