飞船返回是载人飞行的最后阶段,也是决定其成败的关键阶段。航天员成功顺利返回地面,标志着一项载人航天活动的圆满结束。
飞船的返回是从飞船脱离原来的飞行轨道,沿一条下降的轨道进入地球大气层,通过与空气摩擦减速,安全降落到地面上的过程。神舟号飞船的返回可分为:制动减速阶段、自由滑行阶段、再入大气层阶段和回收着陆阶段。
神舟号飞船返回前飞行在距地面数百千米高的圆形轨道上,速度约为8000米/秒。要使飞船返回地面,必须要改变飞船飞行速度的大小和方向,使其脱离原来的飞行轨道,进入下降飞行的轨道。因此返回前首先要调整姿态,将在轨飞行姿态(轨道舱在前、返回舱居中、推进舱在后)调整到制动减速姿态(推进舱在前、轨道舱在后),使返回舱、推进舱与轨道舱分离,然后飞船上(返回舱与推进舱组合体)的制动发动机按照预定的时间工作,使飞船减速脱离原来的轨道。制动发动机关机后,飞船进入自由滑行阶段。在进入稠密大气层前,将推进舱分离掉,并将返回舱调整到再入姿态。推进舱分离后在大气层中烧毁。返回舱继续下降到约100千米高度时,进入稠密大气层,转入再入飞行段。
再入飞行是返回飞行过程中环境最复杂、最恶劣的一段,因为飞船(返回舱)以很高的速度(约8千米/秒)进入大气层时,与大气产生剧烈摩擦,使返回舱变成了闪光的火球,周围产生的等离子气体层屏蔽了电磁波,飞船将暂时与地面失去联系,随着速度和高度的进一步下降,到40千米高度时,飞船与地面的联系又恢复了。在再入大气层的过程中,航天员要承受很大的过载,飞船与大气间剧烈的摩擦会使飞船表面的温度升高到1000~2000℃。从再入大气层到20千米高度,返回舱采用升力控制方式再入,以降低最大过载和再入热流,并提高返回着陆的精度。
返回的最后一关是着陆。当返回舱降低到约10千米高度时,降落伞回收系统开始工作。回收着陆系统由结构、降落伞、着陆缓冲、程序控制、火工装置、伞舱排水和标位等7个子系统组成。它有5项主要功能:自动控制功能、减速功能、着陆缓冲功能、伞舱排水功能和标位功能。回收着陆系统的主要任务是将再入大气层的返回舱,利用降落伞系统稳定其运动姿态、降低下降速度,并通过着陆缓冲的手段保证航天员软着陆,返回舱提供闪光和海水染色两种标位手段,并设有防止海水浸入主伞舱的装置。
回收着陆系统的工作程序是:10千米高度时先弹出伞舱盖,同时将两具串连的引导伞从伞舱拉出并打开,引导伞的牵引力又将减速伞拉出,减速伞先呈收口状,几秒后完全充满,返回舱的高度和速度进一步下降。之后,减速伞与返回舱的分离同时拉出主降落伞。主降落伞打开后,返回舱乘主降落伞缓缓下降,抛掉防热底盖,返回舱由单点倾斜吊挂转为双点垂直吊挂,准备着陆。降落伞系统可以使返回舱的飞行速度从开伞前约200米/秒降低到8米/秒左右。在距地面约1米时,点燃着陆缓冲发动机,以不大于3.5米/秒的速度实现软着陆,以保证航天员着陆时的安全。
由于返回过程的复杂性和重要性,在整个返回过程中,对关键阶段和事件,要求有水上测控船或地面测控站的跟踪和支持,以便工程技术人员可以及时、准确地掌握飞船的飞行状态,并有助于回收部队快速找到和回收返回舱。