神州二十號飛船返回任務推遲以來,已有6天。
很多人在掛念航天員是否平安,飛船能否繼續執行返回任務,心里卻也有疑問:一次看起來很簡單的回家旅程,咋弄得如此謹慎,甚至需要推遲?
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事實上,飛船的返回不像是飛機落地那樣平常,而是需要一步步跨越一道道坎。
神州二十號的返回推遲,是中國航天對這種風險的最高敬畏的體現,也給我們上了一堂生動的航天安全課。
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歸途漫漫,險關重重:飛船返回的“三重門”。
我們先來了解一下飛船返回之路到底要闖哪些道“關卡”吧。
第一關,就是考驗航天員的時機把控,選擇“剎車”時機。這個時機的選擇,必須恰到好處,否則就是失之毫厘謬以千里。
飛船返回時,首先要脫離環繞地球的軌道,這個脫離過程并不是簡單的調轉飛船船頭那么簡單,而是對時機、角度、力度都很有難度的一次“踩剎車”。
飛船必須在走到地球表面預定降落區的特定位置時候,才能啟動制動發動機。但這個時機在高速運轉的神州二十號上,稍縱即逝。這其實就是新聞中常常聽到的“時間窗口”。一旦錯過時間窗口,飛船就可能再也無法進入預定返回軌道。
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在制動發動機點火的時候,飛船的飛行方向要與特定降落位置的水平線形成一個夾角,這就是再入角。這個角度一般被限制在1到2度以內。
如果角度大于2度,飛船就有可能被稠密的大氣層彈回太空,無法正常返回。如果角度小于1度,那么飛船則會以陡峭的路徑高速沖入大氣層。這種角度選擇會導致于空氣摩擦產生的熱量急劇增加,飛船再入大氣層時候會承受放熱系統的承受極限,最終飛船會被燒透在再入大氣層的過程中。
因此,脫離軌道這一“腳剎車”,踩踏的時機和力度,必須經過超級計算機的反復模擬和校驗,容不得半點偏差。
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第二關,就是穿越大氣層時候的“火煉”考驗。
成功脫離軌道后,飛船將進入大氣層。這是整個返回過程中最驚心動魄的階段。
載人飛船以每秒近8公里的速度墜入大氣層,巨大的動能轉化為于大氣摩擦時候的熱能。在返回艙周邊,能產生高達數千攝氏度的等離子氣體層,將返回艙徹底包裹,使其如同一個熊熊燃燒的火球。這就是曾有航天員戲稱的“坐進了太上老君的煉丹爐”的感受。
就在飛船“火煉”的同時,地面也因為飛船被“烈火”包圍后,炙熱的等離子體吸收和反射掉了電磁波,地面失去了和飛船的無線電通訊,這個過程就是通過“黑障區”。這時候地面下達不了任何上行指令給飛船。航天員只能自主控制來穿越黑障區。
應對這“烈火焚身”的考驗,神州飛船返回艙底部堅實的防熱大底派上了用場。這層特殊材料通過自身燃燒、分解、剝落,能帶走巨額熱量,確保艙內溫度維持在航天員可承受的范圍內。所以這次太空碎片撞擊后的檢查中,防熱大底的結構完整性、燒蝕均勻性,都是檢查的重點,這些都直接關系到航天員的生命安全。
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“降落”精度——從超級速度到溫柔觸地。
神州飛船穿越大氣層之后,速度降到亞音速,高速降到約有10公里時候,就開始執行降速了。
首先,引導傘拉出減速傘,初步降低速度;接著,巨大的主降落傘必須確保在超音速流中穩定打開,主傘的順利展開,能將返回艙的速度從上百米每秒驟降至每秒數米。
在距離地面約1米時,返回艙底部的伽馬高度計發出信號,點燃反推發動機,給返回艙一個向上的推力,實現最終著陸的“軟接觸”。
這套降落傘和反推組合,必須配合準確,否則就是硬著地的事故現場。
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“推遲回家”的背后。
像是推遲返回,神州十九號的時候我們經歷過一次,那次是因為與著陸場的天氣有關,但實際上,能讓飛船“推遲回家”的因素遠不止于此。
正常情況下,飛船在軌長期駐留時,一些傳感器傳回的數據,都存在細微波動;如果某發動機閥門,響應的曲線和預期有毫秒級別的差異;這次返回過程中,最關鍵的放熱大底,在經過太空極端環境下,是不是性能有所下降?需要微調?
這些“疑點”在地面專家看來,都是必須查清的重大隱患。
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這就是新聞稿提到的“全面進行仿真分析和試驗及安全性評估”,其核心目的就是為了復現并研判這些微小異常在極端返回工況下是否會被放大,從而構成不可接受的風險。
再有就是近期太陽活動加劇,地磁暴進入頻發周期。這都會導致大氣密度發生變化。而這些微笑的影響,都會影響到再入大氣層的神州飛船,進而影響到氣動特性和實際飛行軌跡,影響最終的著陸精度,甚至影響黑障區的特性。
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所以,在最終執行神州二十號返回任務前,飛船的任何部分,都必須被判定為“最佳狀態”。
如果地面判讀認為某個產品需要更充分的數據來確認其狀態,那么等待和復核就是唯一的選擇。
沒有任何一次太空任務是可以掉以輕心的。每一次成功返回的背后,都是對無數細節的極致追求和對客觀規律的絕對尊重。
我們等待的,不是某一個日期,而是英雄們百分之百安全的凱旋。
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