11月4日凌晨,我国多地市民都拍到了神舟十八号返回东风着陆场的画面,航天员叶光富三人乘坐的返回舱犹如一个巨大的火球,后头是高温摩擦燃烧的飞船推进舱。
在返回舱着陆瞬间,有眼尖的网友从视频中发现,返回舱底部惊现火光,现场扬起了许多尘土。
有网友提问,为什么美国的航天器返回地球时,底部没有没冒出火光,难道是我们的航天技术不够先进?
航天器的返回过程神舟十八号载人飞船采用的是“快速返回”的技术,也就是先环绕地球5圈,大约需要7.5小时,随后经过四大阶段,就可以成功在地球着落了。
第一阶段是制动减速阶段。
飞船绕飞地球主要是为了找到合适的窗口,调整到最佳姿态进入大气层。
在绕飞地球的最后一圈,神舟飞船会主动调整姿态,改变飞行的方向,在此过程中,飞船会降低飞行速度,使其能够顺利进入到返回轨道。
随后,飞船就进入到第二阶段——自由滑行阶段、
在返回轨道上的飞船是由返回舱和推进舱组合而成的,这时候的飞船是以无动力状况自由下降,当距离地面约145公里时,返回舱便会和推进舱分离。
随后,便迎来了最具挑战的第三阶段—— “再入大气层”。
在二次进入大气层前,返回舱需要调整姿态,若是进入角度过大,便可能遭到高温破坏,航天员也会受到生命威胁,要是返回舱角度过小,那么很可能难以进入大气层,会被“弹出”,甚至可能偏离返回轨道。
航天员在这一阶段中会经历“黑障区”,也就是和地面断联约300秒。然而,我国已经具备在“黑障区”跟踪监测飞船位置的技术。
返回舱的外部会经历高温考验,从外部看,整个返回舱就是一个巨大的火球。而航天员从飞船的舷窗往外看,便会觉得自己坐在太上老君的“炼丹炉”中,周围被烧的红彤彤的。
但舱内的温度变化并不大,而且航天员都会穿着宇航服,保护自身安全。
当返回舱顺利通过大气层,紧接而来的最关键的10公里回家路。
最关键的10公里回家路在飞船距离地面大约10公里的时候,会陆续打开引导伞、减速伞和主伞,神舟飞船打开的就是红白条纹的“神州大伞”,面积约有1200平方米。
返回舱的着陆系统也开始工作了,前文提到的“底部惊现火光”就是发生在这一阶段,为什么我国的返回舱会有火光呢?
神舟大伞会帮助返回舱减速,当返回舱距离地面仅有1米的时候,反推发动机便会点火,为返回舱提供反推力,使其进一步减速,避免过大的着陆速度对航天员身体造成损伤。
返回舱进入大气层前的速度约是7.8公里/秒,当只剩最后1米时,反推发动机会让返回舱的速度降低到8米/秒。
神舟十八号飞船的返回舱底部有4台着陆反推发动机,它们厉害之处在于着陆前最后1米时,会在10毫秒内同时点火,开启“精准刹车”模式,保证返回舱平稳、安全的落地。
我国的着陆反推发动机经过多年的发展,比起之前来说,它的发射机设计点火通道被优化了,现在采用的是伞盘式点火装置,能够实现点火装置火焰沿径向均匀作用。
此外,还搭配了集束式药柱形式,精准控制了点火时间在10毫秒内,保证了4台着陆反推发动机能同时点火。
这项航天技术为我国航天事业保驾护航,近年来也有了不小的革新突破。可有网友疑惑,为什么美国返回舱底部就不会出现火光呢?
美国返回舱9月15日,美国太空探索技术公司“龙”飞船完成首次商业太空行走,成功返回地球。10月25日,“龙”飞船又搭载了4名宇航员返回地球。
从图片和视频中可以发现,SpaceX的“龙”飞船两次都降落在了海上,这与我国神舟飞船降落在陆地是有较大区别的。
海上降落可以利用海水的缓冲力,把返回舱的速度下降到0,这就不需要着陆反推发动机,单纯依靠海水缓冲就可以了。
但这种降落方式也有一点缺陷,若是返回舱在返回途中破损了,那么很可能会导致海水灌入舱内。再一点是航天员待在海面上等人来“接收”的时间会比较长,海浪翻涌,可能会让航天员出现晕眩症状。
为什么我国不采用海面着陆的方式呢?
陆地和海面着陆的方式各有各的优缺点,采取陆地着陆的方式,地面工作人员可以很快速抵达现场,将航天员接出来。但降落时掀起的尘土、返回舱底部的火光看得人心惊胆战。
那为什么美国可以采取海面着陆的方式呢?
上世纪的美国凭借强大的海军实力称霸全球,美国选择海面着陆方式,主要就是着陆范围广,只要是海面,基本都可以降落,对返回舱的要求不是特别高,甚至都不需要反推发动机。
难在回收返回舱,美国需要开船在茫茫大海上航行,比较费时间。
若是单看返回舱底部有没有火花就判定航天技术高低,那就比较片面了。
曾经,世界上出现过“航天飞机”,这种航天器不需要像返回舱一样着陆,而是可以和飞机一样在机场跑道滑翔着陆。
上世纪80年代,美国就出现了航天飞机,比如美国的“哥伦比亚”航天飞机、“挑战者号”航天飞机,苏联也制定了“和平号-航天飞机”联合飞行计划。
只是当时技术不太成熟,在逃生等安全措施领域不太完善,美苏两国在航天飞机领域都曾发生过意外事故。
美国的“挑战者号”航天飞机在发射73秒后爆炸,机上7名航天员全部牺牲。
今年,我国载人航天办公室披露了一款名为“昊龙”的货运航天飞机。这款航天飞机不仅采用了重复使用飞行器技术,在返回地球后可以在机场跑道水平着陆。
我国的航天事业正在蓬勃发展,未来太空中必有我们的身影。
参考资料:
[1]新华社 《美国“龙”飞船载4名宇航员返回地球》 20241026
[2]光明网 《长文详解|“神舟”载人飞船是如何返回地面的?》 20241106
[3]新京报 《返回舱着陆最后一米,4台着陆反推发动机10毫秒内同时点火》 20241104
[4]中科院物理所 《为什么返回舱落地的时候会突然冒出一团火?》 20210926
[5]澎湃新闻 《“我们真的要有航天飞机了”》 20241103