航天安全返回

飞船在空间完成预定飞行任务后，返回地面的程序如下：
第一步，点燃制动火箭，使飞船速度降慢，转入一条新的进入大气层的轨道，沿孤线下降。此时应注意两点：
❶点燃制动火箭的时间须准确，相差1s，落点即相差25km。
❷再入角不能太大或太小。太小则下降时间延长或不能按规定要求返回，而继续绕地球运行。再入角过大则在大气层里所受减速过载和气动力加热作用太大，会超过人体耐限。飞船返回方式有“弹道式再入”、“半弹道式再入”和 “滑翔式再入”。苏联东方号与上升号飞船为圆球体不产生升力。美国水星飞船是圆锥形伴有自旋运动，也不产生升力，均为“弹道式再入飞行器”。一旦脱离原来运行轨道，就沿着一定弹道，无控制地返回地面。这种飞行器外形比较简单： 由于通过大气层时间短，所以气动力加热的总热量较小，其防烧蚀结构可以简单些。但由于“无控制”，故回收点散布面较广，减速过载较大，可达8～10G。“半弹道式再入飞船”，即在弹道式再入飞船上增加有限可控制的升力，使它具有一定的升阻比。能在一定程度上控制运动轨道，减少再入过程中减速过载及控制其落点位置。美国双子星座飞船与苏联联盟号飞船都采用这种再入返回技术。航天飞机采用“滑翔式再入”，再入过程中产生相当大升力，可以大气层滑行，减速过载很小；最后在长3000m跑道上以每小时300km速度，像普通飞机一样滑翔着陆。
第二步，当飞船降至15km以下时，开始使用降落伞系统进一步减速。一般采用两级减速，先在12～7km高度打开一具减速伞，将返回舱的速度由200m/s减到60～70m/s。然后在7～3km高度打开面积较大的主伞，使返回舱的着陆速度保持一定，在陆地上不超过6m/s，在海上不超过10m/s。着陆方式有“离舱着陆”与“全舱着陆”两种。离舱着陆方式，即飞船经减速降到7000m左右高度，航天员连同弹射座椅从返回舱内弹射出，而后人椅分离，航天员乘降落伞着陆。此方案苏联东方2～6号曾采用。美国双子星座飞船也装有两个弹射座椅。全舱着陆方式，又有三种：第一种为“硬着陆”，人连同返回舱一起降落在陆地上，苏联东方1号飞船曾采用此方案。着陆点难控制，人承受着陆冲击过载较大，东方号着陆时冲击过载达10G。第二种是“软着陆”，人在返回舱内，经降落伞系统减速后，在离地面10m时，借助点燃着陆缓冲火箭进一步减速，完成软着陆。着陆冲击过载较小不超过4～5G，上升号和联盟号曾采用此方案。第三种是“水上着陆”，人在返回舱内，一同溅落在海洋上，借舱体周围的浮圈将舱浮起，待直升飞机放下蛙人，将航天员接走。水星、双子星座、阿波罗飞船都曾采用此方案。着陆冲击过载为6～8G。
着陆后为便于寻找，在返回舱上装有标位装置。着陆前、发出无线电信标讯号，地面人员可根据定向仪判断舱的着陆点位置； 若在海上着陆则使用海水染色剂，以便于空中搜索； 在夜间装有闪光灯等，以提供必要的辅助搜索手段。下图表示双子星座飞船正常返回时工作程序。
返回过程对航天员的影响主要来自减速过载、开伞过载、摆动和着陆冲击过载等因素。这些因素无论制动减速、开伞冲击和着陆冲击都属于瞬间巨大冲击型减速度。力的增长率快，可造成组织器官变形、撕裂和破坏。飞船返回着陆时，不同于飞行员应急跳伞着陆，后者为头-盆向减速过载，主要引起下肢伤。而飞船座舱返回着陆时，航天员半仰卧在座椅内随同座舱一同着陆，所承受的减速过载是以胸-背向为主，主要引起肺、肝出血，软组织淤血；重者可发生肝、脾、心脏破裂甚至肋骨骨折等。当过载超过30G、增长率为1000G/s，被试者出现血压下降、脉搏降低、呼吸浅快、面色苍白等休克症状。当过载超过40G、作用时间为0.04秒、增长率为2139G/s，发生严重休克，并伴有下背剧痛。对更高的胸-背向着陆冲击过载，曾用犬进行实验得出以下结果：作用时间为5ms、增长率平均为8200G/s时，53G引起肺、肝轻度出血； 100G，肺、肝出血加重并伴有心脏、脾脏出血、肋骨骨折和肝轻度撕裂伤；150G，病变加重，并有心脏和主动脉裂伤、脑出血及胸腹腔积血；200G时，上述症状更加严重，并可能导致动物死亡。一般认为人可以耐受作用时间为0.1秒、增长率为1000G/s、过载值30G的胸-背向冲击。

双子星座飞船正常返回工作程序图

1. 入轨 2. 将飞船方位调整到制动火箭点火姿态3. 设备舱分离 4. 制动火箭点火 5. 制动火箭舱同座舱分离并将座舱调整到再入姿态 6. 再入制动开始 7. 减速伞打开(15250米) 8. 引导伞打开(3233米) 9. 交会舱和再入控制舱抛走，主伞打开10. 主伞完全张开(3000米) 11. 座舱两点悬挂12. 着水，主伞抛掉 13. 回收

着陆冲击过载会引起人体一系列生理、病理变化，须要加以防护，以减少对机体的危害。
(1) 减少着陆冲击过载： 根据公式G= V²/2gs，可以看出只要减少冲击速度V或增大减速距离s，都可以达到减少着陆冲击过载目的。可利用缓冲火箭或加大回收伞面积减少冲击速度。可以利用各种吸能装置，如舱底部设计蜂窝结构或可膨胀的气袋，座椅安装有缓冲作动杆等，增大减速距离。
(2) 保持人体正确姿势及控制作用力与身体胸-背轴向平行。当飞船座舱返回时，由于受风力的影响，在一定高度以下呈摆动着陆。因此航天员返回时所承受的着陆冲击往往不单纯是胸-背向，可能为各轴向的复合矢量。人对着陆冲击过载的耐受情况，以胸-背向或背-胸向(±G_X)耐力最高，其次是头-盆向(+G_Z)，再次是侧向 (±G_Y)，耐力最低的是盆-头向 (-G_Z)。着陆冲击以+G_X为主若伴有±G_Z,±G_Y时，都比单纯胸-背向耐受值低，所以飞船返回时，应尽量控制作用力与身体的胸-背轴向平行。
(3) 座垫和背靠：曾对各种缓冲座垫的作用作过比较：一种良好的座垫可以使冲击力减少20～30倍，对人体起到良好的保护效果。合体的座垫或背靠可以提高机体的耐力。使实验兔受到1000G。1毫秒的着陆冲击载荷时，实验后全部动物平均在130分钟内死亡。但同样冲击条件下若使用合体的座垫防护，动物在实验后5个多小时内无一例死亡。在冲击实验中，发现有时虽然几种垫子减能效果相近似，但在人体各部位记载的G值不同，带来的内脏损伤程度也不相同。因此在垫子的选择上应注意：
❶垫子受力压缩后，反弹力越小越好，最好具有部分不可恢复性质，或具有恢复时间长于1/10秒的性质。
❷垫子和被试者受力压缩后，开始恢复时间之差越小越好。
❸应尽量避免冲击后垫子系统的振动，特别要避免振动频率与被试者的固有振动频率一致，否则会使损伤加重。
(4) 背带束缚系统：此系统可以保持人体的正确姿势，减少人体位移、限制身体的反弹及内脏器官的偏移。又可以将冲击过载均匀地分布而防止过载集中于某一部位。良好的背带束缚系统使人对减速过载的耐受值由原来17G提高到40G。
(5) 着陆点的性质：同样速度着陆时，着陆冲击过载大小取决于着陆点的性质。土质松软的场地或水上着陆，能显著减少着陆冲击过载。美国的飞船返回时选择在海上着陆，冲击过载较小，比较安全。
总之，在飞船返回时，必须控制各种不利因素使之不能超过人体的耐限；同时飞船本身的控制系统、降落伞着陆系统必须安全可靠，这对保证飞船的安全返回是非常重要的。