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返回舱

返回舱

返回舱也被称为座舱，它的功能类似于车辆的驾驶室，是航天员往返太空时的主要乘坐区域。返回舱是封闭式的，并且前面有一个舱门供航天员进出。当返回舱和推进舱分离后，返回舱会带着航天员回到地球上，而推进舱则会被销毁。另一方面，轨道舱的功能就像是一颗人造卫星或者太空实验室，它会在太空中停留并继续运作一段时间。

与飞船其它载人舱段一样，返回舱有很高的密封性。但与轨道舱不同的是，返回舱在高温、高压作用下仍需保证气密性。返回舱返回时会在重力的作用下重新进入大气层，气流千变万化将使高速飞行的返回舱难以保持固定的姿态，因此必须把返回舱做成不倒翁的形状，底大头小，不怕气流的扰动。飞船返回舱的防隔热主要通过三种方法：一是吸热式防热，二是辐射式防热，三是烧蚀防热。返回舱在返回地面的过程中，一般都采用降落伞来降低其着陆速度。

美国的返回舱主要是猎户座飞船返回舱，中国的是神舟号飞船返回舱，苏联/俄罗斯的是联盟号飞船返回舱，都是具有代表性的返回舱。1961年4月12日，苏联发射世界第一艘载人飞船“东方”1号。少校乘“东方”1号飞船用了108分钟绕地球运行一圈后，在附近安全返回。1962年2月20日，美国发射“水星”6号，航天员欧约翰·H·格伦驾驶“水星”6号飞船绕地球飞行3圈，历时4小时55分23秒，在大西洋海面安全返回。1967年4月23日，苏联用“联盟”号运载火箭发射第三代飞船“联盟”1号。4月24日飞船返回时，因降落伞故障，飞船坠毁于奥伦波克附近，航天员弗拉基米尔·科马罗夫不幸遇难。1971年6月6日，发射载有航天员多勃罗沃尔斯基、帕查耶夫和沃尔科夫和“联盟”11号飞船。飞船成功地实现了和“礼炮”1号空间站的对接、在轨运行24天后，在返回途中，返回舱空气泄露，返回地面时，人们发现未穿航天服的3 名航天员全部遇难。2016年11月18日，中国神舟十一号返回舱在预定区域成功着陆，截至2023年10月31日，中国神舟号返回舱已成功执行6次载人返回任务。

发展沿革

美苏返回舱历史

1958年6月5日，苏联科学院院士、火箭飞船总设计师谢尔盖·科罗廖夫在为政府起草的《开发宇宙空间的远景工作》中提出1961～1965年完成研制能乘2～3人的载人飞船，1962年开始建造空间站。

1959年9月9日，美国用“宇宙神”D运载火箭首次成功地发射了“水星”飞船模型，进行亚轨道飞行。此后一直到1961年4月25日，美国共进行了7次无人飞船试验，其中失败3次，成功4次，为美国成功实施载人航天飞行奠定了坚实基础。

1960年1月，苏联成功发射了两艘无人的卫星式飞船，进行亚轨道飞行。此后一直到1961年3月25日，苏联共进行了7次无人飞船试验，其中失败4次，成功3次，最后两次连续成功。苏联决策机关认为已完全具备了载人飞船的发射能力。

1961年4月12日，苏联发射世界第一艘载人飞船“东方”1号。尤里·加加林少校乘“东方”1号飞船用了108分钟绕地球运行一圈后，在萨拉托夫附近安全返回。

在尤里·加加林的这次飞行之前，苏联一共进行了7次试射，其中只有3次是标准意义上的成功，失败了4次，其中有两次甚至是以完全失败而告终。这两次完全失败的任务中的一次是飞船滞留在轨道上，未能返回地球。另一次，则是飞船在返回地球的过程中被烧毁。

发射前，飞船气密传感器发生故障，为此工作人员不得不在射前数分钟内先松开然后又重新拧紧舱盖上的32颗螺栓。通信线路也一度发生中断，本来应该显示吉利信号“5”，结果跳出个表示飞船失事的数字“3”。与火箭小行星5581级分离后，飞船就开始急剧旋转。再入大气时，球形的返回舱再次不断滚转，尤里·加加林也因离心力被甩向舱壁。飞船的着陆位置偏离预定点400多公里，加加林不得不用通讯设备与指挥控制中心取得联系，报告自己的位置，直到1小时后搜救人员才发现他。

1961年“自由钟”7号飞行的时候，搭载美国航天员格里索姆。美国的飞船设计是降落在海面上，而美国的海军能够及时回收。而自由钟的舱门没设计好，降落时进水了，格里索姆差点儿在舱里被水淹死，幸好救援队及时赶到把他搭救了上来。之后，考虑到舱门容易进水，舱门设计变得复杂，有好多道工序，正常情况下没个十几分钟是打不开门的。

1962年2月20日，美国发射载人飞船“水星”6号，航天员欧约翰·H·格伦中校驾驶“水星”6号飞船绕地球飞行3圈，历时4小时55分23秒，在大西洋海面安全返回。约翰·格伦因此成为美国第一个进入地球轨道的人。

1963年6月16日，世界上第一位进入太空的女航天员捷列什科娃中尉驾驶苏联“东方”6号飞船进入太空，飞船绕地球飞行48圈，历时70小时50分，19日返回。

1964年10月12日，苏联成功发射载3人的第二代载人飞船“上升”1号。航天员弗拉基米尔·科马罗夫、耶戈洛夫和费捷斯托夫驾驶飞船绕地球飞行16圈，历时24小时17分，返回于库斯塔奈地区。

1967年4月23日，苏联用“联盟”号运载火箭发射第三代飞船“联盟”1号。4月24日飞船返回时，因降落伞故障，飞船坠毁于乌拉尔奥伦波克附近，航天员科马罗夫不幸遇难。

1967年，美国人的 “阿波罗”登月行动中，“阿波罗”1号飞船在地面的一次实验里有三个航天员被意外烧死。当时飞船舱内采用的是纯氧技术，没有混合气技术，而纯氧环境是非常容易失火的，由于意外产生了一点电火花，导致飞船舱内起火。正常情况下，给舱室灭火或者人跑出来就完事了。但是由于它吸取了“自由钟”7号的舱门设计简陋的教训，把舱门设计得过于复杂，结果这三个航天员集体殉难，被活活烧死在舱里了。

1968年10月11日，美国发射“阿波罗”7号飞船。航天员希拉、艾西尔和坎宁哈姆绕地球飞行163圈，历时260小时9分钟，22日返回。

1970年4月11日，美国发射载有航天员洛弗尔、海斯和斯威加特的“阿波罗”13号飞船进行第3次登月飞行。飞行56小时后，飞船离地球33万公里，差不多接近月球时，因两个钮扣大的恒温器开关故障，使服务舱燃烧电波贮氧箱爆炸，舱内许多设备遭损坏，氧气和水也损失过半，航天员洛弗尔、海斯和斯威加特面临葬身太空之灾。但他们临危不惧，按地面科学家们精确计算的轨道和地面指挥员的命令，手动操纵飞船，使用登月舱的氧气和动力，于4月17日成功地返回地球，创造了航天史上死里逃生的奇迹。

1971年6月6日，苏联发射载有航天员多勃罗沃尔斯基、帕查耶夫和沃尔科夫和“联盟”11号飞船。飞船成功地实现了和“礼炮”1号空间站的对接、在轨运行24天后，在返回途中，返回舱空气泄露，返回地面时，人们发现未穿航天服的3 名航天员全部遇难。

1971年12月7日，美国发射载有尤金·塞尔南、埃文斯和施密特的“阿波罗”17号飞船。11日到达月球，两名航天员在月面逗留75小时，在月球轨道上释放了一颗卫星。飞船19日返回。

1975年4月5日，苏联发射载有拉扎列夫和马卡罗夫的联盟18A飞船，准备与礼炮4号对接。火箭第3级点火不久，正值火箭上升到144公里的高空时，因制导系统发生故障，飞船在空中翻滚，并偏离预定轨道。地面控制中心不得不发出应急救生指令，使火箭紧急关机，返回舱与飞船分离，航天员按应急方案返回，在西伯利亚地区西部山区安全着陆。

2001年4月28日，世界上首位太空游客、美国富翁蒂托搭乘“联盟”TM32号飞船从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场出发，到国际空间站上旅游观光8天，5月6日返回地面。蒂托此行耗资2000万美元，除了太空观光外，他还负责飞船的一部分无线电通信、导航和供电任务，并与俄宇航员一起执行了对地观测任务。蒂托的太空之旅开创了太空旅游的新时代。

中国返回舱发展历史

神舟十一号

2016年11月18日，神舟十一号返回舱在预定区域成功着陆，航天员景海鹏、身体状态良好。飞船与实现自动交会对接，形成组合体，航天员在轨工作33天，中国载人航天工程空间实验室阶段任务取得具有决定性意义的重要成果。

神舟十二号

2021年9月17日，神舟十二号返回舱在东风着陆场成功着陆，执行飞行任务的航天员聂海胜、、安全顺利出舱，阶段首次载人飞行任务取得圆满成功。这是东风着陆场首次执行搜索回收任务。

神舟十三号

2022年4月16日，返回舱在东风着陆场成功着陆，航天员、王亚平、身体状态良好，神舟十三号首次实施快速返回，将返回所需时间由以往的11个飞行圈次压缩至5个飞行圈次。关键技术验证阶段任务圆满完成。

神舟十四号

2022年12月4日晚，神舟十四号返回舱在东风着陆场成功着陆。航天员、刘洋、安全返回。

神舟十五号

2023年6月4日，中国空间站第四批空间科学实验样品当天随飞船返回舱返回地面，上午在东风着陆场交付由牵头负责的空间应用系统。下午，部分实验样品运抵北京中科院空间应用工程与技术中心(空间应用中心)，空间应用系统总体与相关实验人员对返回实验样品基本状态进行检查确认，并交接相关实验科学家开展后续研究。

神舟十六号

2023年10月31日8时11分，载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，现场医监医保人员确认航天员景海鹏、、身体健康状况良好，神舟十六号载人飞行任务取得圆满成功。

各国返回舱简介

中国神舟号返回舱

神舟飞船由轨道舱、返回舱、推进舱三舱构成。返回过程中，飞船从距地面约390公里的空间站轨道逐渐下降，轨道舱率先与返回舱分离，返回舱进入返回轨道。在这个过程中，神舟飞船返回舱和航天员乘组，要闯过四道关卡。

调姿关

为了确保返回舱在进入大气层时能够精确控制自身姿态，角度必须得到精确调控。如果角度过小，可能会导致无法顺利进入大气层；而角度过大的话，可能会造成过载过大，导致航天员受伤甚至死亡，同时也有可能因为非防热部位遭遇高温高压而烧毁。因此，为了使返回舱能够安全、准确地着陆在指定区域，对神舟飞船返回对着陆精度的要求极高。

中国空间技术研究院的技术人员通过精确控制神舟十六号飞行过程中的速度、角度和方向，使其最终成功着陆在预定地点。

火焰关

当飞船返回地球时，与大气的剧烈摩擦会产生极高的温度，有时甚至可以达到上千度。这使得再入大气层的物体看起来就像“火流星”一样。如果没有采取先进的防热措施，即使是钢筋铁骨也会在这样高温下化成灰烬。为了保护返回舱内的乘员和设备，舱底采用了特制的防热材料，保持向前姿态，起到“保护伞”的作用。这使得舱内始终保持适宜的温度，确保乘员和设备的安全。这个过程也被称为“黑障”阶段。在这个阶段，返回舱与大气摩擦产生高温高压的电离气体层，像剑鞘一样包裹在返回舱表面。这会隔绝返回器与地面测控站之间的通信联络，使得人们无法及时了解到返回舱的状态。中国空间技术研究院科研人员在神舟飞船返回舱舱体表面设计了防热涂层，敷设有一层烧蚀材料，当温度达到一定程度时烧蚀材料升华脱落，带走大量热量，从而降低温度。

过载关

飞船高速进入大气层时会产生巨大的冲击过载，震动和噪声，所以必须使过载限制在人的耐受范围内，一般也就是10个G以内，即航天员承受的力量不到10倍自身体重。神舟飞船的航天器重心与对称轴有一定距离，因此再入时飞行方向与对称轴之间有一定夹角，产生一定的升力，可减小超重、降低热流密度，有效减小了航天员承受的过载，使人感觉更轻松。同时，利用升力在一定范围内控制落点，提高着陆精度。半弹道式再入穿越大气层耗时比较久，大气摩擦加热产生的总热量很高，因此对防热的要求较高。

着陆关

当返回舱下降到稠密的大气层后，回收控制系统开始运作，打开降落伞以进一步减速。在着陆前，着陆缓冲装置开始工作，使返回舱以较低的速度实现软着陆，以确保航天员的安全无损。中国航天科技集团为神舟飞船设计了引导伞、减速伞和主伞，回收时依次打开。其中主伞面积达1200平方米，由1900多块伞衣拼接而成，全部展开后可以覆盖3个篮球场大小，拉直长度近70米，是世界上最大的环帆伞。

在降落伞的庇护下，返回舱从大约每秒200米的速度减缓至每秒8米。然而，这个速度仍然不足以确保航天员的绝对安全。在最后几米的着陆过程中，返回舱利用智能系统计算高度、速度和其他相关信息，反推发动机在最佳时机点火以进一步减速，将速度降至每秒2米左右进行着陆。同时，内部的缓冲座椅也会为航天员提供额外的落地保护。

神舟五号

2003年10月15日，神舟五号将航天员杨利伟送入太空，在飞行了21小时28分后，神舟五号飞船于2003年10月16日在四子王旗着陆场成功着陆，航天员杨利伟自主出舱。中国首次载人航天飞行任务圆满成功。

神舟六号

2005年10月17日，在经过115小时32分钟的太空飞行，完成中国真正意义上有人参与的空间科学实验后，神舟六号返回舱成功着陆，两名航天员费俊龙、聂海胜顺利出舱，这是中国第一次实现多人多天载人飞行。

神舟七号

2008年9月28日，神舟七号返回舱安全降落在内蒙古四子王旗着陆场，三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏全部自主出舱。神舟七号在返回搜救中首次采取了空中搜救航天员、地面处置返回舱的模式。任务中，航天员翟志刚完成中国人首次太空行走。

神舟九号

2012年6月29日，神舟九号返回舱搭载航天员景海鹏、刘旺及中国首名女航天员刘洋，成功着陆。神舟九号飞行任务中飞船与天宫一号完成自动交会对接，建立刚性连接，形成组合体，这是中国首次成功实施载人交会对接。

神舟十号

2013年6月26日，神舟十号返回舱准确降落在预定区域，航天员聂海胜、张晓光、王亚平顺利出舱。神舟十号与天宫一号目标飞行器成功实现手控交会对接，形成组合体，为后续空间站建设奠定了良好基础。神舟十号任务首次开展了“天宫课堂”活动。

美国猎户座返回舱

“猎户座”是美国航空航天局牵头研制的新一代载人飞船。该飞船由洛克希德·马丁公司研制，可用于近地轨道和深空的载人飞行任务。按照洛·马公司的设计，猎户座飞船是一个5米直径返回舱和一个多用途服务舱组成的大两舱式飞船，它可以容纳4名航天员进行长达21天的独立载人飞行，或是运输6名航天员前往国际空间站。“猎户座”载人飞船的锥形返回舱和“阿波罗”载人飞船相似，但体积大了2.5倍，它不仅满足从月球轨道高再入大气层的防热要求，甚至可以耐受火星任务高速再入大气层时苛刻的热环境。

2018年1月25日，美国海军圣安东尼奥级船坞运输舰船坞登陆舰LPD23安克雷奇号近日进行了模拟猎户座返回舱回收演练，演练回收了一个大小重量质量和重心都与猎户座飞船返回舱一致的模拟返回舱。

乘员舱

利用美国国家航空航天局超过60年的太空探索经验，猎户座的乘员舱，有时被称为太空舱，由主承包商洛克希德·马丁公司建造。该舱能够为四名宇航员提供长达21天的生活空间，而无需与另一艘飞船对接。深空旅行技术的进步如生命保障、航空汽车传感器、电力系统和最先进的热防护，将在发射、着陆和回收过程中为机组人员提供支持。

压力容器

船员模块的底层结构，称为压力容器，由七个大型铝合金部件构成。这些部件是在美国国家航空航天局位于新奥尔良的米丘德装配厂，通过搅拌摩擦焊的方法连接在一起。这一焊接过程使压力容器形成一种坚固、轻便且不透气的整体结构，形似一个胶囊。

后壳

乘员舱锥形侧面的保护盖，称为后壳，覆盖在压力容器上。该后壳由1300块热防护系统瓷砖组成，这些瓷砖由石英纤维材料制成。这种材料类似于在航天飞机上使用了30多年的材料，能够保护航天器免受太空寒冷和重返大气层的极热影响。

热屏蔽

当猎户座返回地球时，太空舱底部将经历最热的温度，因为它使用了世界上最大的烧蚀隔热罩，其直径为16.5英尺。该隔热罩将在猎户座进入地球大气层时提供保护，初始速度约为25000英里/小时，并能够承受近5000华氏度的温度，约为太阳表面温度的一半。隔热罩的外表面由一种名为Avcoat的材料块制成，这是阿波罗太空舱所用材料的改良版本。在下降过程中，Avcoat会以受控的方式烧蚀或烧掉，从而将热量从猎户座太空舱带走。这种材料在保护太空舱方面发挥了重要作用。

前舱盖

乘员舱顶部的舱盖在发射、轨道飞行和重返大气层期间保护太空舱的顶部以及猎户座的降落伞。该舱盖覆盖着与后壳相同的隔热砖。在航天器重返地球大气层后，舱盖会在大约23,000英尺的高度被抛弃，以允许降落伞系统的展开。

反推发动机

乘员舱配备了一个推进系统，该系统由12个称为反推发动机的小型发动机组成。当乘员舱与服务舱分离并重返时，这12个推进器用于引导乘员舱，确保其正确定向，使隔热罩朝下，并在下降过程中保持航天器的稳定。

主结构

在猎户座内部，一个由铝制交叉横梁构成的主体结构被称为主干组件，它提供了连接乘员座椅的地板结构，同时也是乘员储物柜的存放位置。在未来的太空任务中，宇航员所需的大部分生活设备都将存放在这里。乘员舱的四个座位被设计成能够适应将近99%的人类体型。座椅具有可调节性，以确保宇航员在穿着压力服时仍能触及所有的控制装置。

生活设施

许多住宿设施为宇航员提供了家里的体验。水箱和饮水机确保了饮用水和方便的途径来补充水分以及加热食物。猎户座的卫生舱将配备一种新型紧凑型厕所，其设计旨在使男性和女性都能更高效地利用空间。此外，舱内还设有一台内置的锻炼设备，为宇航员提供有氧运动和力量训练。在发生辐射事件，如太阳耀斑的情况下，机组人员将需要庇护自己。为此，太空舱地板上设有两个大型储物柜，可以使用船上的致密材料作为屏蔽。

控制系统

宇航员将使用一个复杂的显示和控制系统来操作猎户座，该系统运用先进的软件为宇航员提供协助。机组人员只需通过三个显示屏、约60个物理开关、两个旋转手控制器、两个平移手控制器和两个光标控制设备，便能指挥航天器的运作。电子程序也被预先编程到系统中，以在日常和紧急过程中为机组人员提供协助，从而节省他们的时间和空间，并使大型纸质系统操作手册逐渐过时。

环境控制和生命支持系统

环境控制和生命支持系统将使乘员舱成为宇航员的宜居之地。一个新的再生系统能够清除二氧化碳和湿气，确保机舱内的空气始终清新。此外，该系统还负责维持航天器的温度和压力，并密切监测内部环境是否出现任何不安全因素。猎户座的船员生存系统与生命支持系统紧密相连，确保宇航员即使在机舱减压病的情况下也能够维持生命长达六天，直至返回家园。

降落伞

猎户座配备了船员舱房和降落伞系统以确保宇航员在高速返回地球时能够安全着陆。在进入地球大气层时，大气层将充当猎户座的制动器，将飞船从大约25,000英里/小时的速度减缓到325英里/小时。随后，由11个降落伞组成的系统将按照精确的顺序逐一展开，将猎户座的速度进一步减缓到相对平缓的20英里/小时，最终溅落在太平洋中。

动力

猎户座的服务舱提供了推进能力，使猎户座能够绕月球飞行并完成使命。服务模块内装有33台大小不一的发动机。主发动机将在太空中发挥主要的机动能力，包括将猎户座插入遥远的逆行轨道以及离开轨道返回地球。此外，24个反作用控制推进器用于在轨道上操纵和控制猎户座。另有八个辅助发动机则用于平移机动，这些辅助发动机本质上作为主发动机的备份。推进系统在各种紧急情况下都能将乘员安全带回家，包括发射中止系统被抛弃后的中止情况。

电力系统

服务舱的电力系统负责为整个猎户座飞船提供所需的电力。这一系统由四个太阳能电池翼组成，每个太阳能电池翼都管理一个电力模块。这四个太阳能电池翼所产生的电力足以满足两个三居室家庭的日常需求。阵列上总共有15,000个太阳能电池，这些电池能够将光转化为电。为了确保最大功率的产生，阵列可以随着太阳的位置转动，使其始终保持对齐状态。

热控制

热控制系统旨在确保宇航员和设备维持在一个舒适的温度范围内。该系统包括主动部分和被动部分，其中主动部分负责将整个航天器的热量传递给服务舱的散热器，而被动部分则保护服务舱免受内部和外部热环境的影响。散热器和热交换器是热控制系统中不可或缺的组成部分，它们通过有效的热量管理，确保航天器的温度始终维持在适宜的范围内。

消耗品储存

服务舱的消耗品储存系统为乘员舱提供了储存在罐中的饮用水、氮气和氧气。饮用水由供水系统提供，以满足机组人员在执行任务期间的用水需求。氧气和氮气则由气体输送系统提供，每个罐中的气体量可根据任务剖面进行调整。在重返地球大气层前不久，猎户座的乘员舱将与服务舱进行分离。乘员舱是猎户座在每次任务结束后返回地球的唯一部分。为了实现可持续性和高效性，早期的飞行中高价值的乘员舱组件，如航空电子设备、环境控制和生命支持系统将被重复使用，并计划在以后的任务中重复使用更多的组件。

俄罗斯联盟号返回舱

联盟号舱内的空间相比之前的飞船几乎扩大了两倍，最多搭载的乘员增加到了三个，在太空中的自持力也相应上升。联盟”号首创“三舱制”构型，整个飞船由轨道舱、返回舱和推进舱三个舱段组成：轨道舱和返回舱加压密封，装载航天员和各种仪器设备；轨道舱同时还可以减压病作为宇航员出舱做太空行走的过渡舱；推进舱则装载燃料、导航设备和发动机。当联盟号飞船准备返回地面时就先抛掉轨道舱和推进舱，三名宇航员呆在有防热大底的返回舱里再入大气层。

联盟号系列飞船的可靠性高，首先是源自它的设计。例如，联盟号系列飞船采用了主降落伞系统和备份降落伞系统，一旦返回中主降落伞系统工作失效，可以切换到备份降落伞系统工作；又如，联盟号系列飞船设计有发射段救生系统，一旦火箭在发射段出现严重故障，可以由逃逸飞行器将航天员救回地面。

1975年4月5日，苏联发射了载有两名航天员的联盟号飞船，在发射段抛整流罩后，由于运载火箭控制系统故障导致火箭姿态失稳，火箭发出“应急”指令，实施发射段抛整流罩后当圈返回的应急救生程序，航天员乘返回舱安全着陆。其次是进行了大量成功的改进。例如，“联盟-11”号飞船发生返回舱失压导致3名航天员丧生之后，苏联吸取此次教训，规定在飞船的变轨段和返回段，航天员必须穿舱内航天服；一旦返回舱失压，航天员可以依靠舱内航天服生存几个小时，在此期间，飞船实施应急返回，实现航天员的救生。第三，联盟号飞船进行了大量的可靠性试验，使得可行性设计得到了充分的验证。

从联盟号到联盟T，再到联盟TM，最后到联盟TMA，联盟号系列飞船每一次改进都提高了飞船的可靠性和适应性。例如，联盟TMA飞船在联盟TM飞船基础上的改进包括：加大坐垫尺寸，增加座椅总长度；为适应不同体重的乘员改进了座椅缓冲装置，为了满足高个子乘员的需要，对飞船的内部结构进行了相应的调整；为了提高乘员的舒适度和可见度以及满足便于操作的要求，对仪表板以及一些硬件的安装位置也进行了调整。

联盟号飞船由两部分构成：太空舱和运载火箭。联盟号太空舱被安装在联盟号火箭顶端。太空舱分为三部分，这些部分叫做“模块”。其中第一部分为“轨道模块”（轨道科学公司 Module）。飞船在轨期间，宇航员们就在轨道模块中生活起居。该模块体积相当于一辆大型房车，可以与国际空间站相连。太空舱的第二部分是“下降模块”（Descent Module）。在联盟号朝国际空间站或地球下降期间，宇航员就坐在该模块中。第三个模块中装有生命支持系统，还装有电池、太阳能电池板和转向舵机等设备。联盟号飞船火箭位于太空舱下方，负责将宇航员和物资送入太空。发射升空后，太空舱和火箭便会相互分离。随后火箭会返回地球，太空舱则会继续向上攀升，仅用短短九分钟就能进入太空。宇航员在国际空间站的任务结束后，会乘坐联盟号太空舱返回地球。联盟号既没有轮子、又没有机翼，因此不会像飞机一样滑行降落。在联盟号下降过程中，大气层会使其减速。随后联盟号会打开降落伞，进一步减缓下降速度。最终当联盟号接近地面时，又会点燃小型火箭引擎，利用反作用力实现最后减速。

类型

返回舱分为载人返回舱和无人返回舱。返回舱在返回地面的过程中，一般都采用降落伞来降低其着陆速度．由于受降落伞的设计着陆速度限制，载人航天返回舱在陆地上的着陆速度一般为6~7ｍ／ｓ，而无人返回舱可达10~14 ｍ／ｓ。

技术特点

密闭性

与飞船其它载人舱段一样，返回舱有很高的密封性。但与轨道舱不同的是，返回舱在高温、高压作用下仍需保证气密性。

结构

返回舱返回时会在重力的作用下重新进入大气层，气流千变万化将使高速飞行的返回舱难以保持固定的姿态，因此必须把返回舱做成不倒翁的形状，底大头小，不怕气流的扰动。

返回舱的整体形状为钟罩形侧壁结构加球冠状大底，主要由前端盖、前端框、侧壁、大梁、大底以及仪器等部件组成。返回舱从外向内依次为防热结构、金属承力结构，其中返回舱侧壁为承力金属内层加防热外层的双层结构，大底为防热与承力一体化设计的大底．承力结构由前端承力结构、侧壁承力结构以及后端承力结构组成。

返回舱大梁为工字梁焊接成的“井”字构型，座椅系统以及大部分仪器设备都装载在返回舱大梁上，返回舱上承力结构的材料主要是镁合金或铝合金，返回舱各部件间的主要连接方式是焊接和螺钉连接。

座椅设计

返回时航天员所处区域，除了配备可以减小冲击力的座椅外，航天员的应急物品及仪器、胶卷、盒式录音磁带、试验样品以及科学数据和遥感资料等都会放在这里。

作为世界第一个成功实现载人航天飞行的国家，苏联在太空竞赛初期给出的逃逸方案极为简陋——弹射座椅。这种脱胎于普通军用飞机救生设备的设施，主要装备“东方”系列载人飞船。在返回舱尚未成型的年代，这种简陋的弹射座椅还承担了在火箭发射故障时，将航天员弹射出舱脱险的任务。

神舟九号的返回舱内的坐椅非常像婴儿椅，因为返回的时候航天员必须要保持蜷缩的姿势，这是非常安全的姿势。返回舱坐椅似婴儿椅，专家称可以减小冲击影响。在返回前这个坐椅还要提升起来，以缓冲落地时瞬间冲击所带来的冲击力。

返回舱再入大气层时，航天员乘坐的座椅方向与返回舱的飞行方向相反，可以说，航天员是坐在返回舱的“倒座”上。

热防护

与大气剧烈摩擦时，会在舱表产生数千度的高温，如果不解决防热问题，飞船还没等落地就烧成了灰烬。返回舱表面有一层防热层，是用特殊的烧蚀材料做成的，防热原理就是通过材料的燃烧而把热量带走，经科学家试验研究发现，大钟的形状相对有利于实现防热目标。

飞船返回舱的防隔热主要通过三种方法：一是吸热式防热，在返回舱的某些部位，采用导热性能好、熔点高和热容量大的金属吸热材料来吸收大量的气动热量；二是辐射式防热，用具有辐射性能的钛合金及陶瓷等复合材料，将热量辐射散发出去；三是烧蚀防热，利用高分子材料在高温加热时表面部分材料融化、蒸发、升华或分解气化带走大量热量的方法散热。

中国的神舟飞船采用了自主研制开发的以烧蚀防热为主、以辐射式防热和隔热为辅的防隔热材料体系。采用先进的防隔热材料技术给返回舱穿上一层25毫米厚的“防热衣”，防热材料在巨大热流的作用下，自身分解、熔化、蒸发、升华，在消耗表面质量的同时带走大量的热，材料分解形成密实外壳向外辐射热量，并且内部未烧蚀的隔热区域，起到阻止热量进入返回舱的作用。以上因素共同决定了烧蚀防热材料具有良好的热防护功能，可使飞船内部温度控制在30摄氏度左右。

减速机构

返回舱在降落过程中，至少要“打”三把伞——引导伞、减速伞、主伞，共三把伞。如有必要，还有第四把伞——备份伞。中国神舟六号降落伞主伞的面积为1200平方米，全长达70多米，伞衣有20多米长，叠起来却只有一个手提包大小，重量仅90多公斤。

设计师为飞船返回舱降落时，定制了一套三级开伞程序，以确保伞面不被空气崩破。首先打开两个串联的引导伞，然后由引导伞拉出一顶减速伞，减速伞先把返回舱的速度由每秒200米减至每秒90米。在距离地面约8公里时，减速伞与返回舱分离，主降落伞开始上岗，将返回舱的速度由每秒90米降为每秒8米。

减速伞工作一段时间后与返回舱分离，最后拉出1200平方米的主伞。这一系列动作成功地将飞船返回舱的速度从高铁降到了普通人跑步的速度。为了防止减速伞和主伞在张开瞬间承受的力太大，减速伞和主伞都采用了收口技术，即放慢伞绳从收拢到散开的过程，让1200平方米的大伞分阶段张开，保证整个开伞过程的过载处于航天员可承受的范围。航天员通过感受到这一连贯动作的晃动，才能确认回收系统工作正常。

着陆轨迹

载人航天器根据不同的结构，主要分为三种返回着陆方式：弹道式、弹道—升力式和水平着陆。

采用弹道式返回的航天器，像炮弹一样，沿着一条很陡峭的路径返回，在穿越大气层时不产生升力，因而不能进行落点控制，所以落点偏差较大，并且过载比较大(可达8g～9g)，接近人体所能承受的极限。落点散布也比较大。苏联和美国早期的返回式航天器都采用这种形式，如苏联的“东方”号、“上升”号飞船和美国的水星号飞船。

弹道-升力式返回的航天器一般都采用钟形结构，在穿越大气层时产生一定的升力，因而能够对其飞行轨迹进行一定控制，落点准确度比较高，过载也较小(不大于4g)。美国的“阿波罗”号系列飞船、俄罗斯的“联盟”号系列飞船和中国的“神舟”号系列飞船采用的都是这种返回着陆方式。

着陆过程

载人飞船完成预定任务后，载有航天员的返回舱要返回地球，整个返回过程需要经过制动离轨、自由下降、再入大气层和着陆4个阶段。

着陆方式

返回舱承载了宇航员及大量的精密试验仪器，返回舱的成功回收是载人航天工程中至关重要的一个环节。返回舱在返回地面的过程中，一般都采用降落伞来降低其着陆速度。由于受降落伞的设计着陆速度限制，载人航天返回舱在陆地上的着陆速度一般为6-7m/s，而对无人返回舱可达10-14m/s。返回舱以这样大的着陆速度着陆时会在着陆瞬间产生很大的冲击，对舱内宇航员及仪器设备造成较大影响。

返回舱着陆冲击系统包括返回舱和着陆场地面两部分。返回舱的着陆冲击过程主要得到以下结论：

（1）返回舱大底上远离落点位置达到应力峰值的时间相对落点位置有所滞后，同时落点处的应力值随着陆速度的变化较小，而距落点较远的位置则随着陆速度的变化幅度较大；（2）从加速度响应看，由于大底的缓冲作用，大梁上的加速度响应峰值大底上有明显减小，且加速度响应值在40-80Hz频率范围内较大；（3）从冲击能量的分配情况可以看出，着陆地面是冲击能量吸收的主体，而大底则是返回舱上最主要的吸能部位，在返回舱的结构设计中应充分发挥大底的缓冲作用。

海面着陆

返回舱入水后将自动释放出染色剂，把周围海水染为荧光色，并及时发出GPS定位信号，方便救援人员在海上快速发现目标。降落的返回舱根据其技术和使用特性(密封性、飘浮性、携带有生保设备等)能够保障航天员长时间生存在其中。当返回舱溅落在海面上时，航天员为生存进行的活动包括：选择适宜返回舱停留的地点和停留姿态；使用舱载无线电系统与外界联系；利用返回舱内的应急物品；着航天服或潜水衣离开返回舱。航天员离开返回舱后漂游时进行的活动包括：建造救生筏以便乘员组集体行动；给潜水衣充气；食用便携式应急装备内的食物和水；使用应急无线电及光学信号设备同外界联系；向搜索救援直升机或舰船靠近。当返回舱飘浮在水面上，而换气孔关闭时，如果返回舱内的温度和气体成分在允许的范围内，那么为了保障安全，航天员留在返回舱内更为合适。除非万不得己，航天员不会离开返回舱。美国“水星”“双子星座”和“阿波罗”系列载人飞船均选择海上回收。

应对意外

当飞船返回舱意外落入沙漠、森林或寒区，航天员就需要利用返回舱、降落伞及其它器材营造防风沙掩体或热防护掩体，结合手边器材营造临时住所。同时，使用通信联络设备进行求救活动，确定方位，实施自救和互救并预防疾病。除此之外，他们还可以利用落区优势，通过狩猎、钓鱼和收集可食用的野生植物来补充食品，进行饮水储备。

制动离轨段

飞船通过调姿、制动、减速，从原飞行轨道进入返回轨道的阶段称制动离轨段。返回前，飞船首先要调整姿态，使飞船在水平方向逆时针转动90°，由轨道舱在前、返回舱居中、推进舱在后的状态变为横向飞行状态，这是飞船的第一次调姿。紧接着，轨道舱与返回舱以每秒1～2米的相对速度分离，轨道舱留在太空轨道继续运行，这就是轨道舱分离。此时，飞船变成了推进舱和返回舱的组合体。如右图。两舱组合体继续逆时针转过90°，变成推进舱在前、返回舱在后的飞行状态，同时再调整俯仰角达到制动要求，这是飞船的第二次调姿。飞船推进舱上的发动机点火工作，产生与飞船飞行方向相反的作用力，使飞船飞行速度降低，从而脱离原飞行轨道进入返回轨道，这个制动过程可比喻为“刹车”。

自由下降段

飞船从离开原运行轨道到进入大气层之前，空气阻力很小，主要是在地球引力的作用下呈自由飞行状态，因此，这个阶段称为自由下降段或过渡段。在这个飞行阶段，飞船按照计划要完成推进舱分离、建立再入姿态等重要飞行事件。其中，推进舱在与返回舱分离后，会在进入大气层后烧毁。返回舱建立正确的再入姿态角（速度方向与当地水平面的夹角）是一项重要的工作，这个角度必须精确地控制在一定的范围内，如果角度太小，飞船将从大气层边缘擦过而不能返回；如果角度太大，飞船返回速度过快，将像流星一样在大气层中被烧毁。

再入段

从返回舱进入稠密大气层到其回收着陆系统开始工作的飞行阶段称为再入段。飞船返回时从离轨时的真空环境再次进入大气层，这个阶段称为再入段。再入大气层的高度一般为80～100千米。返回舱进入稠密大气层后，承受气动加热和再入过载，是返回过程中环境最为恶劣的阶段。随着高度的降低，空气密度越来越大，返回舱与空气剧烈摩擦，使其底部温度高达数千摄氏度，返回舱周围被火焰所包围，因此，对返回舱要采取特殊的防热措施。返回舱下降到一定高度时，接收不到地面发送的无线电信号，地面也接收不到返回舱发送的无线电信号，因此，这个区域被称为无线电“黑障区”。当返回舱轴向过载达到规定指标时，返回舱实施升力控制，使返回舱过载不超出航天员所能承受的范围，并且用升力控制来控制返回舱落点位置，使返回舱返回预定着陆场。

着陆段

返回舱从打开降落伞到着陆这个过程称为着陆段。随着高度的降低和速度的减小，返回舱所受到的气动阻力与地球引力渐趋平衡，返回舱以大约每秒200米的均速下降。在距地面10千米左右高度，返回舱的回收着陆系统开始工作，先后拉出引导伞、减速伞和主伞，使返回舱的速度缓缓下降，并抛掉防热大底，在距地面1米左右时，启动反推发动机，使返回舱实现软着陆。为增加着陆的可靠性，返回舱上除装有主降落伞系统外，还装有面积稍小的备份降落伞系统。一旦主降落伞系统出现故障，可在规定高度应急启用，使返回舱安全着陆。