神舟11號飛船發射地點和著陸地點;神舟11號和天宮2號對接時間

2023年6月4日，神舟15號載人飛船刷新了中國航天員單個乘組出艙活動次數記錄，在見證中國空間站全面建成的歷史性時刻后，圓滿完成任務的航天員乘坐著返回艙在東風著陸場成功著陸。

神舟15號載人飛船和“雄鷹”預測點相差1580米，而這個降落的難度被人譽為“空中的十環”，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定的在軌飛行任務后安全返回地面，“回收著陸”是載人飛船飛行任務的最后階段，也是航天飛行任務成敗的最終標志。

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，必須設法使其脫離原來的運行軌道、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減速、下降的過程。

飛船的返回過程一般可分為離軌、過渡、再入和回收著個階段，需要大概40—60分鐘：

離軌階段

這一個階段的飛船首先進行姿勢調整，建立起制動姿態，然后制動發動機點火工作，改變飛船的速度和方向，同時降低飛船的下降速度，讓飛船從運行軌道中脫離出來，轉入一條能進入地球大氣層的過渡軌道。

過渡階段

飛船離開原來的運行軌道后，在重力的作用下沿著過渡軌道自由下降，在100千米左右高度到達大氣層的邊界，在這一階段，飛船會為了下一步的進入大氣層做好一切準備。

再入階段

此時的返回艙速度仍然在8km/s左右，經過離軌和過渡階段的調整，飛船已經可以進入大氣層，通過船身制動發動機進入大氣層軌道。

回收著陸階段

回收著陸階段由于再入的速度極快，空氣和船身產生超高速的摩擦，形成了一個等離子區域，導致地面發射的無線電信號會衰減甚至中斷，地面很難直接控制，幾乎以自由落體的方式進行。

到達15千米左右的高度時，返回艙速度減小到亞音速狀態，其受到的空氣阻力和重力相當，從而進入一個穩定不加速的平衡狀態下落（約200m/s），此時，如果不進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，返回艙會自帶一套減速裝置，蘇聯和美國載人飛船的經驗充分證明，降落傘是飛船返回艙最合適、最有效、最可靠的減速裝置，我國通過返回式衛星回收的實踐也積累了大量降落傘回收系統的豐富經驗，因此，“神舟”系列飛船的減速裝置都以降落傘為核心配置。

在飛船進入平衡狀態后展開工作，使返回艙的速度進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，這個階段是較為短小的一個軌道階段，也是飛船整個飛行任務的最終階段。

在了解了整個回收過程后，我們就能夠回答一個問題——

“返回艙如何到達指定地點，中間有什么動力輔佐嗎？”

現在的返回艙在設計的時候理論上在“離軌、過渡和再入階段”使用制動發動機改變軌道，進入預測的軌道后，最主要的回收階段中，到達平衡之前的正常情況下是無須額外動力，只需依靠船體本身的慣性的變化來制導。

如俄羅斯的“聯盟”系列，通過返回艙的重量配置帶來的升力來偏轉，遇到極為特殊情況才改變配置或啟用姿態發動機進行大幅度轉彎。

其間的難點就在于：

大氣層及高空氣流的變化并非能夠精準預測的，在返回艙極高的速度下，一丁點的偏差就會導致飛船偏離出好幾公里的距離。

讓最終落點更加精確的辦法就是通過更為合理的制導方式進入返回軌道，神舟15號為了能夠最大精度的符合預測使用了“校正雙環制導方式”。

針對大氣密度的不確定性對預測精度的影響及導航誤差對制導精度的影響等，從神舟12號以后使用了自適應的預測方法——二代返回制導導航與控制系統（二代GNC系統）。

以往一代GNC系統的預測都是基于標準的彈道的預測辦法，飛船沿著預定好的路線返回，如果返回過程中出現了偏差，飛船不能夠自動啟動火箭調整，只能通過地面人工干預，而這樣的人工干預存在誤差問題，很容易落點就產生較大偏差。

如神舟1-11號發射時，雖然都安全返回了，但是返回器的落點散布與預測值相差較大，預測差值最大達到13公里的范圍。

二代GNC系統的雙環制導方式，使用的是預測校正+標準彈道跟蹤的模式，飛船能夠接受衛星實時傳回的信息，自動根據位置、速度等信息進行自動修正后把信息傳輸到姿態穩定與控制系統。

快速的校正周期使得返回艙的落點幾乎能夠“指哪兒打哪兒”，不會出現大范圍無法預測地散步。

為了更加的精確，在距離地面較近的時候，反推進發動機使用階段，伽馬射線測高儀會更加精確地提供數據，使得落點更為精準。

這一套系統的使用直接讓我們國家地再入精度達到了世界領先水平，從原先的13千米差距直接降低到了2千米差距內。

能夠一直選擇陸地范圍內降落也就是對這套系統擁有極大的自信，不需要擔心飛船軌道產生大范圍偏轉產生撞擊居民區的危險情況。

如神舟13號返回的預定區域是一個36X36公里的正方形區域，經過修正后的預測軌道距離理論預報點僅僅百米，相當于打靶10.8環的成績，

我國的二代GNC系統，在未來經過適應性修改、擴充或裁剪后，將會用于空間站工程載人飛船正常及各類應急返回、大氣層外應急救生、多用途飛船的軌道再入等項目。