技不如人?美國一艘飛船著陸時干凈整潔,為何中國的神舟號被燒得黑如煤炭?
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在當地時間周六,杰夫?貝索斯旗下的藍色起源公司發射了一艘“新謝潑德”號飛船,將6名乘客送上了大約104公里的高空后,順利返回地球。在這次飛行任務中,這艘飛船進入到了太空的邊緣,6名乘客體驗了短暫的失重狀態,整個飛行過程大約歷時10分鐘。在這6名乘客中,有一個乘客是殘障人士。
這名殘障人士是德國航空航天工程師米夏埃拉?本陶斯,她是工程師兼殘障人士權益倡導者,在2018年,她參加的一場山地自行車事故中遭遇脊髓損傷。結束飛行任務返回后,米夏埃拉?本陶斯笑著分享在失重狀態下倒立的經歷,她表示那是最酷的體驗,她不僅沉醉于窗外的景致和微重力環境,也享受升空的全過程,每一個升空階段都太奇妙了。
米夏埃拉?本陶斯之所以有這一次太空飛行的經歷,是得到了漢斯?柯尼希斯曼的協助。漢斯?柯尼希斯曼曾經在SpaceX公司擔任管理人員兼工程師,在SpaceX公司主力運載火箭“獵鷹”系列的研發中發揮了關鍵作用。此前,米夏埃拉?本陶斯曾經問了漢斯?柯尼希斯曼像她那樣的人能不能成為宇航員,后來漢斯?柯尼希斯曼就聯系了藍色起源公司,最終讓米夏埃拉?本陶斯和漢斯?柯尼希斯曼一起乘坐飛船實現了飛天的夢想。
從公布的畫面中,我們可以看到米夏埃拉?本陶斯她是坐著輪椅的,在飛船發射之前,她通過藍色起源專門配備的艙門延伸長椅,自行從輪椅轉移到飛船的座艙內,而漢斯?柯尼希斯曼則在她的旁邊幫助她。
從畫面中,我們還看到了“新謝潑德”號飛船著陸后的樣子,它雖然跨過了卡門線進入了太空的邊緣并且返回地球,但是飛船外部看起來是非常的干凈、整潔的,和中國的神舟載人飛船、俄羅斯的聯盟號載人飛船返回艙,以及嫦娥五號、嫦娥六號探測器返回器的外部截然不同。不管是載人飛船還是探測器返回器,外部都是被燒得黑不溜秋的,無一例外。為什么會有這樣的差異,難道是技術不如美國嗎?
其實不是的,不止神舟載人飛船、聯盟號載人飛船,美國的載人龍飛船、獵戶座載人飛船、“星際客機”飛船返回艙在返回地球的過程中都會出現不同程度的燒蝕過程,都存在被燒得黑不溜秋的情況。至于為什么“新謝潑德”號飛船不會像那些載人飛船那樣被燒得黑不溜秋,原因很簡單。
“新謝潑德”號飛船發射升空的時間其實不長,火箭助推器在發射了大約2分半鐘后就關閉了發動機了,這時候飛船的速度接近3倍音速。在發動機關閉后,飛船就和助推器進行了分離,飛船繼續依靠慣性繼續向上滑行,隨后飛船內的乘客就進入了失重的狀態,在飛船內短暫漂浮起來。
當達到最高點后,飛船就會在重力的作用下墜落下來了,然后開始進行傘降減速。在3個巨大的降落傘的幫助下,飛船穩穩地降落到地面。而飛船內的乘客很快就出艙了。從發射升空到返回到地面,整個過程大約就是10分鐘而已。返回地球的過程速度也不是很快,進入大氣層后氣動加熱效應并不強烈,所以飛船溫度沒有急劇上升,基本上沒什么影響。
而中國的神舟載人飛船、俄羅斯的聯盟號載人飛船、美國的載人龍飛船、“星際客機”飛船之類的飛船的情況就沒那么簡單,飛行速度比“新謝潑德”號飛船的3倍音速快得多,接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒。
當神舟載人飛船、聯盟號載人飛船或者是載人龍飛船返回地球時,會經過一系列的姿態調整,還要在合適的時間進行艙段的分離,最后是返回艙沿著軌道繼續降低飛行高度,準備返回地球。在完成一系列的操作后,飛船返回艙雖然經過初步的減速,但是速度還是很快的。
而且在進入大氣層的過程中,飛船返回艙的再入角度也是非常關鍵的,夾角太小的話飛船可能會被彈回外層空間,而夾角太大的話,進入大氣層時會被燒毀。所以必須以一個很合適的角度進入大氣層。
當飛船返回艙以超過7公里每秒的速度闖入地球大氣層時,氣動加熱效應會非常強烈,外部溫度會飆升到1000多℃,整個飛船返回艙就像被熊熊大火包圍著,透過飛船返回艙舷窗,航天員可以看到返回艙外部被燒得通紅。如果飛船是在晚上返回的話,當飛船從中國的上空飛過去,我們可以看到一個明亮的“火球”,后面還可能會拖著火花。這就是飛船進入大氣層后經受高溫灼燒產生的。
當然,雖然飛船返回艙進入大氣層后會被超過1000℃的高溫灼燒,但是飛船是安全的,只要飛船返回艙沒有受損,設計、制造沒有問題的話,是可以承受這么高溫的灼燒的,飛船內部的溫度也會很舒適,航天員也不會感到不適感。
隨著飛船高度不斷下降,在空氣阻力的作用下,飛船速度會越來越慢,氣動加熱效應也會越來越弱,最后燃燒的現象也會隨之消失,溫度越來越低。當飛船下降到大約10公里的時候,就會開始進行傘降了,打開降落傘進行減速。在減速傘的作用下,飛船返回艙下降速度會降低到7-8米每秒。
最后,神舟載人飛船、聯盟號載人飛船在即將著陸的瞬間,返回艙底部還會啟動反推發動機進行一次緩沖,所以著陸的瞬間,著陸點周圍的灰塵會被吹起來,現場是灰塵滾滾的。而美國的載人龍飛船不存在這樣的情況,因為他們的飛船直接掉入大海進行緩沖了。
正是由于在軌飛行的飛船飛行速度很快,重返地球的過程中,都會經受高溫的灼燒,返回艙外部就會出現不同程度的燒蝕,有一些位置會被燒得黑不溜秋,甚至可以說是面目全非。而“新謝潑德”號飛船只是垂直發射到外層空間邊界了自行墜落下來,飛行速度很慢,就不存在這樣的現象,返回后,飛船外部依舊是干凈整潔的。
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