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技不如人?神舟十八号着陆!神舟落地瞬间底部冒火光,为何美国飞船不会

璀璨科学  · 公众号  · 科技自媒体  · 2024-11-04 02:20

主要观点总结

神舟十八号飞船成功返航地球,文章介绍了飞船返航的过程及关键技术,包括减速降落、姿态调整、舱段分离、气动加热效应、打开降落伞等。同时提到美国飞船的着陆方式差异和我国的货运航天飞机研制进展。

关键观点总结

关键观点1: 神舟十八号飞船成功返航地球。

飞船在轨飞行超过6个月,安全返回地球,返回舱着陆瞬间底部发出火光,掀起灰尘。

关键观点2: 飞船返航过程的介绍。

包括减速降落、姿态调整、舱段分离、气动加热效应、打开降落伞等环节,以及反推发动机的作用和启动时间的精准控制。

关键观点3: 美国飞船着陆方式的差异。

美国飞船选择在海上降落,无需反推发动机,不会造成火光四溅和烟尘滚滚的情况。

关键观点4: 我国货运航天飞机的研制进展。

正在研制的昊龙货运航天飞机采用大翼展、高升阻比、可重复使用飞行器技术方案,将在机场跑道水平着陆,降低中国空间站货物运输的成本。


正文

神舟十八号飞船在 11 4 日凌晨安全返回地球了。神舟十八号飞船在 4 25 日发射升空,在轨飞行超过 6 个月,神舟十九号飞船在 10 30 日发射升空,神舟十九号任务的开始标志着神舟十八号任务的结束。

神舟十九号飞船抵达中国空间站后, 2 个航天员乘组进行了在轨交接、在轨轮换,整个交接、轮换持续了几天时间。在完成这些任务后,神舟十八号飞船在11月3日下午从中国空间站撤离开始返航。

和之前的飞船返航过程一样,神舟十八号飞船也是在东风着陆场着陆,而当神舟十八号飞船返回舱着陆到地面瞬间,底部也会发出火光,现场还会掀起灰尘,可以说是烟尘滚滚。

这是怎么回事?为什么美国飞船在返航的时候不会出现这样的现象?难道是技术差异导致的吗? 说明一下,并不是我们的技术不如美国,而是我们的神舟飞船和美国飞船的着陆点选择决定的。

飞船着陆瞬间为何“火光四溅”

飞船返航的过程其实可以理解为减速、降低飞行高度,然后降落到地面的过程。因为飞船在环绕地球飞行的时候速度极快,接近地球第一宇宙速度 7.9 公里每秒,而着陆的时候需要把速度降到接近 0。

整个着陆的过程所需的时间又不会很长,涉及到一系列的操作,任何一步出现错误都可能会导致没法安全返航,所以飞船返航时是充满了惊险的。

飞船从空间站组合体进行撤离时是一个完整体,有轨道舱、服务舱、返回舱 3 个舱段,航天员就穿着舱内航天服坐在返回舱内,最后乘坐返回舱着陆到地面的。在撤离后,飞船组合体一起飞行一段时间,在这个过程中飞船需要进行姿态的调整,同时也需要进行各个舱段的分离,最先分离的舱段是轨道舱,最后分离的舱段是推进舱。

推进舱在分离前,会启动发动机进行一次制动减速,把返回舱、推进舱组合体的速度降下来,随着组合体的飞行速度下降,它的飞行高度也会随之下降。当下降到一定的高度后,返回舱和推进舱进行分离,把推进舱留在外太空,而返回舱则继续按照设定的轨迹不断下降高度,最后以极快的速度进入大气层。

当返回舱快速进入大气层后,在气动加热效应的作用下,返回舱外部的温度就会不断上升,部分位置的温度最高可以达到 1000 多℃。在这么高温的灼烧下,返回舱外部会被烧得通红,整个返回舱就像被熊熊大火包围着。之前王亚平在接受采访时就称坐飞船返航的时候就像在《西游记》的炼丹炉里那样,透过飞船的舷窗可以看到飞船外部烧得通红,还会听到噼里啪啦的声音。

所以,飞船返回地球的过程非常危险,如果再入大气层的技术不过关,载人航天就没法实现。这也是为什么到现在有那么多国家都有能力发射卫星、发射探测器,却只有 3 个国家能够发射载人飞船的原因。

在穿过高温的灼烧后,返回舱的速度会越来越慢,但是速度还是相当快,没法直接安全着陆,所以还要继续降低下降的速度。在距离地面还有 10 公里左右时,返回舱会打开降落伞,像神舟载人飞船返回舱的降落伞面积达到 1200 平方米,面积非常大。在降落伞的阻力下,返回舱的速度可以下降到 7-8 米每秒。

“最后一米”的稳稳托底

我们的神舟载人飞船在伞降的过程中,还会抛掉返回舱底部的隔热大底、防热大底,这样做的原因是要把安装在底部的反推发动机暴露出来,这一步也是非常重要的。 隔热大底、防热大底可以承受超高温度,保护底部的反推发动机以及其他的设备。

在重返地球时,返回舱的底部处于下降的正前方,底部的温度几乎是最高的,如果没有防热大底、隔热大底的话,返回舱可能会被烧毁。而在穿过高温灼烧后,底部的防热大底、隔热大底没法抛掉的话,反推发动机可能就没法正常运行,如果反推发动机没法裸露出来的话,着陆瞬间冲击力会比较大。

因为在降落伞的帮助下,返回舱的下降速度最多也只能下降到 7-8 米每秒而已,没法进一步降低下降速度了。而有反推发动机就不同了,当神舟载人飞船返回舱下降到距离地面还有 1 米左右时,返回舱底部的 4 台反推发动机就会同时启动了,给返回舱提供一个向上的推力。

反推发动机可以进一步降低返回舱下降的速度,降低到 1-2 米每秒,最终稳稳地降落到地面,降低返回舱着陆时的冲击力。 而反推发动机启动的瞬间,返回舱底部就会冒出火光,巨大的推力也会掀起着陆点周围的灰尘,瞬间就烟尘滚滚。

在着陆瞬间,如果着陆位置地面不平坦的话,返回舱可能会出现倾倒的情况,也就是侧翻,而不是直立停在地面上。除此之外,如果在降落的过程中侧风比较大的话,降落伞也会拖着返回舱走,返回舱在着陆到地面后可能会被降落伞拖着在地面翻过、侧翻。这个时候是没法控制的,所以返回舱着陆时的状态是直立还是侧翻,很大程度上靠运气。

而美国飞船不像我们的神舟载人飞船那样在陆地降落,他们选择在大海上降落,简单粗暴,掉到大海就行。海水可以直接起到缓冲作用,所以美国返回舱的底部就不需要反推发动机了。既然没有反推发动机,美国飞船着陆的时候也就不会出现火光四溅、也不会出现烟尘滚滚的情况。

我们的载人飞船着陆时会出现这样的情况,其实是因为着陆场在陆地,比较硬,着陆瞬间冲击力比较大,需要进行一次减速减缓冲击力。而美国飞船不需要进行最后的缓冲,其实就是因为他们飞船直接掉到大海里就行,然后再去打捞。







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