科普|航天员返回地球需要闯哪些“关”?

广东科技
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11月4日01时24分,神舟十八号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叶光富、李聪、李广苏身体状态良好,神舟十八号载人飞行任务取得圆满成功。

至此,“80后”乘组太空之旅圆满结束,航天员叶光富重返“天宫”的圆梦征程完美收官,刷新中国航天员在轨驻留时间的纪录,成为我国首位累计飞行时长超过一年的航天员。航天员李聪、李广苏的首飞之旅圆满完成。

然而,从太空返回地球的旅程并非易事,航天员们需要闯过与空间站分离制动减速再入大气层降落伞减速着陆缓冲这五个关卡,才能安全地踏上回家的路。

返回舱挥别太空前的准备之旅

神舟载人飞船构型

航天员们想要重返地球,首先需要调整好飞船的 “姿势”,就像我们开车回家前要先把车头调向回家的方向一样。飞船先是在水平方向逆时针转动 90°,从轨道舱在前、返回舱居中、推进舱在后的状态变成横向飞行状态,这是第一次 “调姿”。接着轨道舱和返回舱分开,此时飞船就变成了推进舱和返回舱的组合体。然后这个组合体再逆时针转 90°,让推进舱在前、返回舱在后,并且调整好角度,准备 “刹车”。接下来,推进舱的制动发动机开始工作,产生和飞行方向相反的力,让飞船减速,脱离原来的飞行轨道,进入返回轨道,这就像是给飞船来了个 “刹车”,让它慢下来准备回家。之后,返回舱和推进舱组合体就开始自由下降啦。

当下降到距离地面 140 多公里的时候,推进舱和返回舱就要 “分手” ,推进舱会在大气摩擦产生的高温下被烧毁,返回舱则继续下降。这个时候返回舱就要找到进入大气层最正确的 “姿势” ,也就是建立正确的再入姿态角。

这个角度可太重要啦!如果角度太小,返回舱就会从大气层边缘擦过,回不了家;要是角度太大,返回舱返回速度太快,就会像流星一样在大气层中被烧毁。所以返回舱的推进子系统得好好工作,才能确保飞船能安全准确地返回大气层。

 穿越大气层的炽热考验

返回舱进入大气层

当返回舱距离地面大约 100 千米的时候,它就要开始再入大气层啦。

这时候它的速度高达 7.9 千米 / 秒,这么快的速度和大气碰撞在一起就会产生剧烈的摩擦,摩擦带来的热能让返回舱瞬间变成一个闪闪发光的大火球。但不用担心,返回舱设计了多种热防护措施,完全可以解决高温问题。

最让人担心的是,返回舱周围产生的一层等离子气体,这层气体会把电磁波都给挡住,这个时候返回舱就会与地面失去联系,出现 “黑障” 现象。这种情况会持续大约 240 秒,不过别担心,等到返回舱距离地球大概 40 千米的时候,这个 “黑障” 就会神奇地消失了,地面测控部门就又能重新找到返回舱的位置了。

保障安全的关键角色:降落伞

降落伞平稳降落

当返回舱降至离地面约 10 公里时,回收着陆系统就开始工作了。先是弹出伞舱盖,然后陆续弹出引导伞、减速伞和主伞。小小的引导伞先出来打个前哨,接着减速伞出来帮忙减速,最后主伞登场。它们的面积是不断增大的,能从几平方米到几十平方米再到 1000 多平方米

为什么降落伞要分别打开呢,全部展开岂不是减速更快吗?

原来,因为主伞足有1200平方米,要是一下子全部打开,空气会把伞崩破,所以设计师们设计了这样一套三级开伞程序,先部分打开后再完全展开,这样可以降低开伞时的过载,减少航天员的不适感。先是打开的引导伞,然后引导伞拉出减速伞,减速伞工作一段时间后和返回舱分离,同时拉出 1200 平方米的大主伞。从距离地面 8000 米左右到 6000 米的过程中,返回舱的速度就能从 90 米 / 秒降到 8 米 / 秒左右。此外,为了确保安全,返回舱还配备了备份伞,如果主伞系统出现故障,系统会自动判断并启动备份伞,保证航天员的安全。

在整个降落过程中,除了降落伞,返回舱还配备有反推发动机和座椅系统等着陆缓冲装置,这些装置在返回舱下降到接近地面时发挥作用,进一步降低着陆冲击载荷,为航天员提供额外的减震和缓冲保护。

航天员们的返回之旅

真是一场惊心动魄的冒险

从太空到地球

返回舱返回的每一个环节

都至关重要且紧密相连

一次成功的返航

不仅是中国航天事业

不断进步的有力见证

还激励着我们

继续探索浩瀚宇宙的奥秘

为航天事业的发展

续写新的辉煌篇章

来源:中国科学技术馆(综合人民网、新华社、央视新闻)

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