神舟二十號乘組順利返回地球!直播看得圈叔心潮澎湃。
只不過圈叔發現,乘降落傘緩緩下落的過程中,臨近落地前一刻,有大量白煙從地面冒出,圈叔心里咯噔一下,不會出啥事吧?心里同時也有小慶幸,因為已經臨近落地,所以不會有太大問題。
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但這種情況其實并沒有什么值得揪心的。因為這種看似“驚險”的白煙冒出,實際上是咱們航天工程師的精心設計,這種白煙冒出,反而是確保航天員安全的硬核保障。
除此外,我們也會發現返回艙的表面并不像想象中那樣的光滑如鏡。而是略有斑駁,同時還有點一面黑、一面金屬色的“陰陽臉”。這絕對不是燒壞了,也同樣是一個硬核保障,保障艙內的航天員安全的重要措施。
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為啥會這樣呢?這得從它回家的路——再入大氣層說起。
載人飛船在太空回家的時候,以接近第一宇宙速度,也就是每秒7.9公里回家的,這個速度可是相當于子彈速度的好多倍在飛。
從幾百公里高的軌道上回家,它必須在短短四五十分鐘里,把這個速度快降到零,安穩落地。一個快速行駛的飛船,如何在短時間內把速度降到0呢?這個剎車怎么剎?
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靠的就是地球的大氣層。
飛船在快速的下落過程中,會充分利用空氣阻力來摩擦減速,這也是最天然也最有效的“剎車片”。只是我們看到的這個過程極其兇險,巨大的動能會通過摩擦轉化成可怕的熱能,讓返回艙表面溫度瞬間飆升到1000多攝氏度,比煉鋼爐還熱!這就是我們常說的“氣動加熱”。
這時候就需要考慮一個姿態以及速度的極值。
我們可以這樣想,什么時候阻力最大,那就是返回艙的又大又平的防熱大底正對前方,這時候的阻力最大,剎車效果最好。但航天員也會因此承受超過身體極限的過載。若是局部溫度過高,可能會把飛船燒穿。
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那這種飛行姿勢不行,有啥好辦法嗎?還真有!就是讓飛船返回艙“斜著”飛。
就是放熱大底沖入大氣層的時候并不是筆直下落的,而是斜著身體側向地球,形成一個夾角。有人為這種姿態起了一個專業名詞,叫做“半彈道式”再入。還不是很明白是吧?那這樣,你可以想象成一個打水漂的石頭,或者一個滑水運動員,不是一頭扎進去,而是半撞半漂地在氣墊上滑行。
如此一來,好處就太大了。原本硬沖式的減速就變得“溫柔”得多。航天員承受的過載被控制在安全范圍內。熱量分布也更均勻了,避免了局部過熱。
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而這樣“斜著”飛,讓返回艙各部位的摩擦也自然不同了,有的地方更加“頂風”,也就直接迎面大氣層一側,這一側摩擦劇烈,溫度也最高。因此,外面的燒蝕防熱材料就被燒得最狠,升華、脫落,帶走大量熱量,最后就留下了那層黑黢黢的“焦炭”樣。這黑色,正是它成功抵御高溫的證明!
而相對“背風”的那一側,溫度就低不少,燒蝕沒那么嚴重,所以就能更多地保留它原本金燦燦的隔熱涂層顏色。
所以,這種一半灼傷,一半保持原有金色的返回艙,并不是什么瑕疵,相反正是精妙設計的體現。甚至可以看做是保護航天員安全的“軍功章”。
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空中“冒煙”?那是它在“卸包袱”。
那接下來就有另外一個問題了,讓人心頭一緊的“冒煙”是怎么回事?
在返回艙打開降落傘下降之后,突然“噗嗤”一下冒出一股白煙,可別誤會是哪里著火了。這其實是返回艙在主動排放剩余的推進劑。
為了保證返回艙在太空中能夠靈活機動,返回艙一路上也是自帶動力油箱的,并非完全靠自由落體。這動力油箱里面,就裝著一些易燃易爆炸的推進劑,在打開降落傘之后,意味著任務即將完成,只差最后落地了,由于落地之時會有一些與地面的摩擦和磕碰,帶著這些“危險品”太過于危險,自然不能留著。
這丟掉推進劑,形成的推進劑在空氣中擴散的樣子,就是我們看到的那一股“煙”。這一步操作,徹底消除了任何潛在的燃燒或爆炸風險,是給航天員的回家路又加上了一道“安全鎖”。
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最后一道“安全防線”:座椅提升與反推發動機。
你以為這樣就結束了?不,回家的最后一步,同樣是科技感滿滿。
當返回艙下降到離地面只有1米左右的時候,還有兩重終極保護在等著航天員:座椅自動提升和反推發動機點火。
航天員坐的椅子可不是固定的。在著陸前瞬間,座椅會猛地向上提升一下。這個動作能有效地緩沖并吸收 最后那一下撞擊帶來的巨大沖擊能量,保護航天員的脊椎不受傷害。
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就在觸地前的一剎那,返回艙底部的反推發動機 會瞬間啟動,“轟”地一聲向下噴射出強大的氣流。這相當于在落地前又給了返回艙一個向上的“托舉力”,讓它下降的速度從之前降落傘減速后的每秒7-8米,猛地降到溫柔的每秒1-2米。
這個速度差不多就是我們平時快步走的速度。以這個速度落地,自然是穩穩當當,安全無憂。
而我們之前在直播里看到的,中俄飛船落地時底部冒出的火光和滾滾煙塵,正是這套反推發動機系統在工作時產生的壯觀景象。
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