神舟飞船返回时用什么助推(神舟飞船在1米高处精准反推着陆)
神舟飞船返回时用什么助推(神舟飞船在1米高处精准反推着陆)返回舱下落时,表面最高温度会达到2000℃以上,这温度啥材料来了也得掉一层皮。这不是因为地球的大气温度很高,而是因为返回舱下落的速度很快,达到了每秒5千米,表面和空气摩擦产生了大量的热,将表面的材料烧成了这样。这个精准反推是如何实现的?美国为何选择不用?返回舱返回返回舱平安着陆后,它的表面都会被烧得黑漆漆的。
神州飞船的返回舱在即将接触地面的时候,会朝着地面放一个“屁”,然后安稳落地。
这个“屁”叫做精准反推着陆,是为了减速以减轻返回舱与地面的冲击力,保护内部的宇航员。
被烧得漆黑的返回舱
这种减速装置在中俄的返回舱上是基本操作,但是偏偏美国很少使用,美国的返回舱都是直接落在海上。
这个精准反推是如何实现的?美国为何选择不用?
返回舱返回
精准反推着陆返回舱平安着陆后,它的表面都会被烧得黑漆漆的。
这不是因为地球的大气温度很高,而是因为返回舱下落的速度很快,达到了每秒5千米,表面和空气摩擦产生了大量的热,将表面的材料烧成了这样。
返回舱下落时,表面最高温度会达到2000℃以上,这温度啥材料来了也得掉一层皮。
如果任由返回舱自由落体运动,那么它会直接在地面上砸一个大坑,宇航员在里面承受前所未有的冲击力。
这显然是不行的,于是就要对返回舱进行减速。
返回舱着陆后救援
在空中的时候,返回舱会依次打开三个降落伞减速。
第一个伞叫做引导伞,它的作用是摆正返回舱的位置,因为返回舱在下落过程中,可能是立着的,也有可能是躺着的。
引导伞将返回舱的位置摆正,最底面朝向地面下落,这个过程持续很短,位置一旦摆正,就会切断引导伞。
返回舱打开降落伞
第二个伞是减速伞,它虽然长得小,但是能在瞬间将返回舱的速度减小一半。
之所以将它设计得这么小,主要是为了开伞速度快,而且这回速度非常快,如果伞面过大,很有可能发生破裂。
第三个伞才是我们熟悉的那个大伞,也叫主伞,上面画着红色的圈圈,格外显眼。
主伞的直径达到了30米以上,伞面积在2000平方米以上,它的作用是进一步减速,并且让人更容易发现返回舱。
降落伞更容易被发现
可是即便有这三个降落伞的减速,返回舱在接近地面的时候,依然具有每秒8米的速度。
以这个速度撞击地面,会因为牛顿第三定律,受到极大的反作用力,里面的宇航员会感觉到巨大的颠簸。
因此,在距离地面还有1米的时候,返回舱会朝地面放一个“屁”,我们会看到附近地面瞬间烟尘飞起。
很多人认为这是撞击扬起的灰尘,实际上这是精准反推着陆点火吹起来的尘土。
这个“屁”就是返回舱用自己最后的一点燃料点火,让最终的落地速度降到最低,低到无法伤害到里面的航天员。
降落时的尘土
因为返回舱携带的燃料很少,必须用到刀刃上,所以这个点火的高度必须精确到1米。
高了燃料不够,低了减速效果不明显,为了能够精确地测量出返回舱距离地面只有1米,在“放屁”之前,会先放出射线。
射线是一种高频率的电磁波,具有波粒二象性,能够在接触地面之后反射回来,通过射线测量出高度,然后点火喷射,让返回舱减速,最后平安着陆。
精准反推着陆
着陆之后,需要尽快将主伞的伞绳切断,因为主伞的面积太大,往往返回舱落地了,它还在空中。
一个风出来,主伞就会往别的方向飞,拖拽着返回舱翻滚,宇航员就会跟着在里面翻滚,并不安全。
这种着陆方式是我国神舟系列返回舱的标配,而在俄罗斯他们也采取这个方法。
奇怪的是,美国很少使用精准反推着陆,他们都是直接掉进海里漂浮。
难道美国没有这个技术吗?
美国的返回舱直接掉海里
美国返回舱“跳海”美国的返回舱都喜欢往海上怼,直接掉在海里漂浮,然后将返回舱附近的海水染成显眼的红色或者橘红色,让直升飞机很快发现它。
相反,中俄两国降落喜欢直接落到地上,美国的这种返回方式叫做“溅落”,因为没有反助推这一环节,掉进海里的一瞬间会溅起水花。
美国的国土面积也不小,很多地方也是空无人烟,比如他们西部就有足够大的无人区,为何他们特别钟爱溅落的形式?
当年的阿波罗11号返回舱
美国采取降落在海面上,并不是因为他们不具备精准反推着陆的技术。
在他们登月、登火星的过程中,都使用过这个技术,火箭公司Space X的火箭回收,里面也有精准反推着陆技术。
由此可见,美国是拿着这个技术并不打算用。
而他们之所以不用在返回舱上,是因为和中俄两国的情况不一样。
Space X的火箭回收
首先,美国拥有东西海岸线,西有太平洋,东有大西洋,外加它还有一个夏威夷,所以领海面积非常大,足足有1200多万平方公里,超过了自己的国土面积。
而且这些海洋都处于温带和热带,基本上全年不会结冰,视野开阔。
对于美国的返回舱来说,降落在自己的海上比降落在陆地上更容易。
美国的海比地还要宽
其次,水是一种很好的缓冲剂,能够抵消掉降落时具有的动量,这样就不用额外给返回舱携带燃料。
最后就是,美国的土地私有化很严重,地儿没人不代表没主人,有的时候一片荒地也是也有人买下来了。
降落在人家的土地上,如果造成了破坏NASA要赔钱的,为了避免不必要的纠纷,干脆降落在自家领海上。
并且美国的海军基地很多,返回舱降落之后能够就近出动救援,速度比在陆地上还要快。
美国西部的无人区
而中俄采取着陆,原因正好与美国相反。
我国的领海面积300多万平方公里,只有国土面积的三分之一,降落在陆地上更方便。
俄罗斯虽然也有很长的海岸线以及领海,但是他们的海大部分都是寒带,一年之中长时间结冰,不适合溅落。
北冰洋结冰
我国的神舟系列的返回舱基本上都降落在四王子旗,但是在训练宇航员的时候,会考虑到降落在水上的情况。
因为返回舱回来的过程非常危险,要根据它的情况进行调整,如果地面条件不允许,就会更改降落地点。
因此,在训练时,会假设每一种着陆方式,让宇航员熟练掌握每一种地形的自救模式。
那么,精准反推着陆和溅落,究竟谁更好呢?
神舟飞船降落在四王子旗
哪种方式更好其实,这两种方式没有谁好谁坏,只有最适合,中、美、俄三国都是根据自身的实际情况,决定返回着陆的地点。
使用了不适合自己的方法,那才是坏主意。
比如我国采用溅落的方式,那么可降落的地点缩减为300多万平方公里,难度瞬间比降落在陆地上高多了。
如果俄罗斯采取溅落,万一任务是在冬天执行的,它降落在北冰洋和降落在地面上好像没有区别了。
我国也会进行海上降落的演练
而且精准反推着陆不仅只用在返回舱着陆上,它还可以用在登陆其他岩石星体上。
我国的玉兔月球车、祝融火星车,在着陆月球和火星的时候,同样采取了这个办法。
精准反推着陆模式也随着降落次数的增加而进行改良,让其性能更加完好,同时它也是宇航员平安回家的保障。
救援人员进行演练
不过精准反推着陆也有一个小局限,那就是必须要给返回舱装上燃料,虽然不算太多,但是无形中增加了返回舱的重量。
返回舱是飞行器的一部分,根据航天上的规律,飞行器每增加1千克,就需要增加750千克的火箭燃料。
因此,不要小看了这一点点助推燃料,它可能会让原本计划的火箭重几百公斤。
不过这几百公斤就当是为宇航员上的保险,这么想也就觉得比较值了。
火箭发射升空
精准反推着陆是一项非常有前景的技术,所以我国才会发展它,未来它甚至会被用到太阳系之外的天体上。