航天器重返地球，何處是歸鄉(xiāng)？

圖1為一個(gè)搜救隊(duì)在聯(lián)盟TMA-18M太空艙著陸地點(diǎn)工作

“航天器著陸點(diǎn)的選擇和編排使用了美國(guó)軍隊(duì)所謂的后向規(guī)劃/倒序安排（足夠明智）。從預(yù)期終點(diǎn)開始選擇，然后按照所需的操作及時(shí)間倒序返回，一直退回現(xiàn)在的實(shí)際地點(diǎn)。通常這種規(guī)劃在現(xiàn)實(shí)實(shí)際戰(zhàn)斗、建筑施工和飛船著陸中使用。

以美國(guó)航天飛機(jī)為例，著陸地點(diǎn)（預(yù)期終點(diǎn)）通常在第一次發(fā)射之前已選好。除了兩個(gè)主要地點(diǎn)（加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地和佛羅里達(dá)州的海角處），根據(jù)跑道的可用性，政治和安全顧慮以及后勤問題。對(duì)于每一個(gè)航天飛機(jī)來說，必須在在每一個(gè)緊急后備站提前部署由數(shù)百名工作人員組成的團(tuán)隊(duì)，并且根據(jù)任務(wù)、時(shí)間表以及該任務(wù)的計(jì)劃軌道選擇著陸點(diǎn)的人員配置。著陸點(diǎn)一旦被選中，著陸程序則開始運(yùn)行即向后規(guī)劃并加載到計(jì)算機(jī)上，預(yù)備使用。

在飛機(jī)計(jì)劃執(zhí)行過程中，如果預(yù)先計(jì)劃窗口出現(xiàn)，航天飛只能根據(jù)需要轉(zhuǎn)向不同的著陸點(diǎn)。所以什么是飛機(jī)窗口？為什么他們?nèi)绱酥匾?？窗口是后向?guī)劃的結(jié)果。對(duì)于每一個(gè)最終目標(biāo)（可能最終加利福尼亞著陸、在國(guó)際空間站對(duì)接，或者是在月球觸地），后向規(guī)劃可用以計(jì)算最早和最晚的開始時(shí)間，也因?yàn)轱w行計(jì)劃中時(shí)間的波動(dòng)，導(dǎo)致了這一結(jié)果出現(xiàn)——預(yù)先計(jì)劃窗口。

通常來說，輸入是極其復(fù)雜的。當(dāng)發(fā)射航天飛機(jī)到國(guó)際空間站時(shí)，我們需要做的，不僅要計(jì)劃國(guó)際空間站在哪里，而且在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候你不得不中止，這又會(huì)影響時(shí)間選擇。

對(duì)于月球著陸情況可能更加復(fù)雜。除了選擇正確的目標(biāo)，我們還要確保著陸和所有關(guān)鍵交會(huì)對(duì)接在陽光充足的情況下進(jìn)行而且，由于早期的飛行任務(wù)非常短暫，所以著陸任務(wù)執(zhí)行從始到終。換句話來說，當(dāng)在登月艙的尼爾·阿姆斯特朗啟動(dòng)下降引擎以著陸月球時(shí)，他已經(jīng)在制定一個(gè)讓他返回的計(jì)劃，無論是否實(shí)現(xiàn)著陸任務(wù)，計(jì)劃最終目的都是與在軌道器內(nèi)的邁克·柯林斯匯合。其實(shí)他們的背后有一整個(gè)團(tuán)隊(duì)提供支持。”

這部紀(jì)錄片（制作良好）更多的介紹了阿波羅計(jì)劃（美國(guó)系列載人登月飛行計(jì)劃），除此以外能給我們提供天體導(dǎo)航的基本概述。注：可能是《PBS阿波羅登月》或重返月球 Apollo: Back To The Moon (2集全)

科幻小說作家C斯圖爾特·哈德威克是未來贏家中的L.羅恩哈伯德，也是兩次巴恩紀(jì)念獎(jiǎng)的決賽選手。一個(gè)來自南達(dá)科他州的南方人。

圖二 ?答者：科幻小說家C斯圖爾特·哈德威克

返航的最后一步：如何重返大氣層？——美國(guó)宇航局如何選擇返回地點(diǎn)呢？

圖三、四 ? 飛離月球，飛入大氣層

你所說的飛船一定是“阿波羅號(hào)”重返大氣層的飛行器。航天飛機(jī)重返大氣層的飛行器有一條跑道，然后飛到那里降落?！鞍⒉_太空艙在海中降落，距離返回船艙只有幾米。距離太近，甚至有碰撞的可能。

圖五 ?海上濺落

在每一種情況下，飛行員是第一批目睹海中濺落的人。海中濺落的位置首先被確定下來。然后太空艙選擇目標(biāo)物體，避免迷失方向。你曾經(jīng)和朋友用棒球和棒球套玩過游戲嗎？思考一下你是怎樣把球傳到你朋友手中呢？

這里有一個(gè)關(guān)于重返大氣層運(yùn)算的形象闡述：重返大氣層過程中等離子體鞘層是否會(huì)干擾光或者紫外無線電通訊呢？（返回艙下降到一定高度，進(jìn)入無線電“黑障區(qū)”，接收不到對(duì)方發(fā)送的無線電信號(hào)）

離軌和重返大氣層——如何用一小步放下衛(wèi)星？

在視頻上可以模擬簡(jiǎn)單的返回艙（運(yùn)行1分26秒），模擬在火星上的做法（火星上的大氣層并未像制動(dòng)器）

下面介紹航天飛機(jī)是怎么做的：

美國(guó)航天局經(jīng)常提及“發(fā)射窗口”和“重返窗口”。也許會(huì)有一定的時(shí)間，在該段時(shí)間內(nèi)，“機(jī)會(huì)窗口”作為執(zhí)行一個(gè)機(jī)動(dòng)動(dòng)作出現(xiàn) 。越靠近窗口的中間，越容易進(jìn)行機(jī)動(dòng)。為了更高效地進(jìn)入火星，當(dāng)我們發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，火星一定在我們身后的軌道上。在任何時(shí)候，執(zhí)行任務(wù)的地點(diǎn)需要更多的燃料或者消耗更多的時(shí)間，或者兩者兼而有之。

任何開始機(jī)動(dòng)的決定都是經(jīng)過分析后才執(zhí)行的，并且在決策時(shí)間達(dá)到頂峰或者“機(jī)會(huì)窗口”閃現(xiàn)之前，任務(wù)控制中心會(huì)標(biāo)注為“執(zhí)行/不執(zhí)行”。

最終決定可能是由特派團(tuán)指揮官做出的。在下一個(gè)軌道，或許存在能夠開始大部分操作的目標(biāo)軌道。

在重返大氣層的過程中，為了重返地球，他們簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)，就像投手標(biāo)準(zhǔn)捕手的手套或者三柱門一樣。

圖為俄聯(lián)盟MS-11載人飛船著陸

盡管俄羅斯的返回艙降落在了陸地上（而不是海洋上），但也采取了上述同樣方法。其實(shí)這兩種情況下所應(yīng)用的軌道力學(xué)是相同的。

這段視頻記錄了加拿大宇航員克里斯·哈德菲爾德和一兩個(gè)來自國(guó)際空間站的同伴在返航途中的情景。

視頻情境說明：等待脫離軌道階段開始時(shí)，克里斯在正在更新程序。7：30開始錄像，跳過不重要的事情類似于取消對(duì)接程序、準(zhǔn)備著陸以及克里斯為該場(chǎng)合準(zhǔn)備的楓葉T恤。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. quora-露白

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自：https://www.forbes.com/sites/quora/2016/03/09/how-does-nasa-decide-where-spacecraft-will-land-when-they-return-to-earth/

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