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神舟十八号安全返航:只开1个主伞降落,为什么美国飞船有4个伞

璀璨科学  · 公众号  ·  · 2024-11-04 02:20

正文

航天员叶光富、李聪、李广苏在 4 25 日乘坐神舟十八号飞船前往中国空间站,执行为期约 6 个月的飞行任务,在 11 4 日凌晨,神舟十八号飞船凯旋归来。从发射升空到返回地球,神舟十八号飞船在轨飞行时间超过了 6 个月时间。

10 30 日,神舟十九号飞船发射升空,随后这两个航天员乘组完成了在轨交接、在轨轮换,神舟十八号飞船在 11 3 日下午从中国空间站撤离,采用环绕 5 圈的快速返回技术,在大约飞行了 7.5 小时后开始再入大气层,经过大约 50 分钟后,神舟十八号飞船返回舱在东风着陆场着陆。

和之前的神舟载人飞船一样,神舟十八号飞船在降落的过程中,先进行了姿态的调整、舱段的分离,只留下一个返回舱,航天员坐在返回舱内,然后才进入大气层。由于返回舱重返地球大气层时的速度很快,而地球大气又很浓密,所以飞船返回舱高速闯入大气层后,气动加热效应很强烈,导致返回舱外部温度急剧上升到 1000 多℃。

由于外部温度很高,所以返回舱就像被熊熊大火包围着。而借助气动减速后,返回舱的下降速度越来越慢,气动加热效应会逐渐减弱,燃烧现象也会慢慢减弱直到消失。

虽然返回舱的下降速度有所下降了,但是这时候的速度还是很快,超出了飞船安全着陆的数值,所以还要进一步减速才行。当返回舱下降到大约还有 10 公里时,就会打开引导伞、减速伞、主伞拖出来,这 3 个伞开伞是有先后顺序的。

第一个打开的是引导伞,学名叫锥形带条伞,它的作用主要是要把减速伞带出来,而第二个打开的减速伞学名也叫锥形带条伞,它的作用能够让返回舱下降的速度从 200 米每秒下降到大约 90 米每秒。

最后打开的是主伞,学名叫环帆伞。和引导伞、减速伞相比,主伞的面积相当大,达到 1200 平方米,是目前为止我国航天器中最大的降落伞,在这么大的降落伞的帮助下,返回舱下降的速度能够从大约 90 米下降到 7-8 米每秒。可以说,如果这些伞没法正常开启的话,飞船是不可能实现安全着陆的。

其实,不仅神舟载人飞船在重返地球时需要打开降落伞进行减速,之前的毅力号火星车、祝融号火星车在登陆火星时,也需要用到降落伞。因为这些星球都有大气层,可以借助降落伞减速,而探测器在登陆月球这种没有大气层的星球时,降落伞就没有任何作用了,只能依靠探测器、飞船自身的发动机进行减速。

包括我国的神舟载人飞船、俄罗斯的联盟号载人飞船、美国的载人龙飞船、龙货运飞船、波音公司的“星际客机”飞船,以及历史上曾经出现过的阿波罗载人登月飞船、美国未来用来实施重返月球计划的猎户座飞船、我国未来用来登陆月球的梦舟载人飞船,它们在重返地球时都要打开降落伞减速。

这是大家的共同点,不同之处就在于,有一些飞船伞降的过程中是打开一个伞而已,有一些飞船降落的时候是打开多个伞,像神舟载人飞船就只有一个伞,美国的载人龙飞船返航时就同时打开 4 个伞。

虽然我们的神舟载人飞船伞降的过程中只是打开一个主伞进行降落,但是返回舱内其实还有一个备份降落伞 ,它的功能其实和 1200 平方米的主伞是一样的,只是作为备份没有打开。

如果在伞降的过程中,主伞出现问题没法正常使用的情况下,飞船就会切断主伞,这时候飞船就会自动打开备份降落伞。这是双重保障,即使一个主伞出现问题,也能确保飞船能够安全着陆。

单个伞进行伞降的好处就是,不需要担心开伞的时候出现缠绕等情况,不过也有一些弊端。例如伞降的过程中,侧风如果比较大的话,飞船可能会出现摇摆等情况,稳定性可能会差一些。

美国的载人龙飞船在伞降的时候确实是打开 4 个伞,多个伞进行伞降的话,就算有侧风,摇摆的情况相对来说就没有那么严重,稳定性会高一些。而且,由于伞比较多,每一个伞相互都是备份,哪怕其中一个伞出现破损等情况,飞船也可以安全着陆。当然,多个伞降落的话,也有一些不足之处,例如每个伞之间可能会相互影响、相互干扰,容易出现伞缠绕的情况等。

从技术层面来看,不管是单个伞还是多个伞进行降落,都有它的优势,也有它的劣势。美国的载人龙飞船、猎户座飞船都是采用多伞降落,其中一个原因就是这些飞船的重量相对大一些,单个伞没法确保安全着陆,只能采用多个伞。神舟载人飞船返回舱的重量相对较轻,单个伞就足够了,没必要搞复杂的多伞降落。

当然,神舟载人飞船是我国现役的载人飞船,随着科技的发展,我们也会研制出载重能力更强的新一代载人飞船,新一代载人飞船重量也会更大,到时候单伞就满足不了新一代飞船的要求了,到时候我们也会采用多伞的模式返航。

国产航天飞机来了

传统的飞船需要借助降落伞进行伞降来减速,而航天飞机就不需要降落伞了。在历史上曾经有航天飞机服役,不过后来退役了。时隔十多年时间,航天飞机即将再次出现,而这次出现的航天飞机是我们中国国产的。







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