我國雖然暫時還沒實施載人登月任務(wù),但是之前已經(jīng)為載人登月進行了很多相關(guān)的技術(shù)試驗了,例如嫦娥五號、嫦娥六號探測器先后去月球取樣返回地球,實際上就是驗證了探測器在環(huán)繞月球飛行、怎么登陸月球、怎么在月球表面開展工作、怎么從月球表面起飛、怎么在月球軌道交會對接、怎么從月球軌道返回地球。
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不管是飛船還是探測器,或者是航天飛機之類的航天器,在制造生產(chǎn)出廠的時候都是干凈整潔的,這些航天器外部都是潔白的,就算是在太空飛行期間,這些航天器外部也是很干凈的,之前我們也看到了空間站上航天員拍到的飛船在軌飛行時的畫面。
原本干凈整潔的飛船不管是在發(fā)射升空還是在軌飛行都是保持原來的樣子,但是在返回地球后,這些航天器外部都會出現(xiàn)不同程度的變化,有一些部位甚至可以說是變得黑不溜秋,就像被燒焦了那樣。
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這是沒法避免的事情,雖然這些航天器從太空返回地球的過程中,外部確實是變得黑不溜秋、面目全非了,但這是正常現(xiàn)象,不是飛船、探測器出現(xiàn)了問題,大家不需要擔(dān)心。那為什么會存在這樣的情況呢?
要出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,有2個很關(guān)鍵的因素,第一個就是地球有大氣層,另一個就是這些航天器的飛行速度很快。
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不僅這些飛船、探測器在重返地球時會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,像登陸金星、火星之類有大氣層的星球也會,而在登陸月球這樣沒有大氣層的星球就不存在這樣的情況。
不管是飛船還是探測器、衛(wèi)星,飛行速度都是非常快的,在近地軌道飛行的航天器速度接近7.8公里每秒,接近地球的第一宇宙速度了。
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這是我們空間站和飛船、衛(wèi)星飛行的速度,當(dāng)然這個速度也不是固定不變的,因為在近地軌道會存在稀薄的空氣,所以這些航天器在空氣阻力的作用下,速度會越來越慢,飛行高度會越來越低,最后都會重返地球。
雖然速度會下降,但是在重返地球的時候速度也是非常快的,還是可以超過7公里每秒。
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像嫦娥五號、嫦娥六號探測器的主要任務(wù)是去38萬公里的月球取樣返回地球,探測器本身需要達到或者接近地球第二宇宙速度,也就是接近11.2公里每秒的速度,從月球完成取樣返回地球時,速度也是這么快,要比在近地軌道飛行的飛船、空間站快得多。
這些航天器的速度這么快,意味著它們的動能是相當(dāng)大的,重力勢能也是巨大的,再入地球大氣層的時候,氣動加熱效應(yīng)很強烈,這些動能、重力勢能就會轉(zhuǎn)化為熱能了,飛船周圍的空氣溫度急劇上升。
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飛船重返地球時速度越快,這個熱能就越多,從近地軌道返回地球的航天器速度接近地球第一宇宙速度,外部溫度達到1000多℃,從月球軌道返回地球的航天器速度接近地球第二宇宙速度,外部溫度會接近3000℃。
在經(jīng)受這么高溫的灼燒下,這些航天器的外部自然就會變成燒焦了那樣,變得黑不溜秋了。當(dāng)然這是正常現(xiàn)象的。
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因為這些航天器想要安全著陸,僅僅通過自身的設(shè)計是沒法扛得住這么高溫的灼燒的,為了解決這些問題,科學(xué)家給飛船、探測器的外部涂上燒蝕材料、隔熱材料,這些燒蝕材料、隔熱材料在經(jīng)受高溫灼燒的時候,它們就會升華、脫落,這個過程中就會帶走大量的熱量,從而避免過多的熱量傳導(dǎo)給探測器、飛船了。
而這些航天器在出廠的時候,外部是干凈整潔的,當(dāng)那些燒蝕材料、隔熱材料脫落后,原本干凈整潔的外表就變得黑不溜秋、面目全非了,有一些部位看起來像蜂窩那樣。
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獵戶座飛船即將返航
很快又會有一艘飛船從月球返回地球了,那就是美國在4月2日發(fā)射的獵戶座載人飛船。
按照當(dāng)前的計劃,美國現(xiàn)在已經(jīng)實施了阿爾忒彌斯2號載人繞月飛行任務(wù),隨后在2027年實施阿爾忒彌斯3號任務(wù),在近地軌道進行交會對接相關(guān)的測試,隨后在2028年實施阿爾忒彌斯4號任務(wù),發(fā)射獵戶座飛船送上月球表面,實現(xiàn)美國宇航員重返月球。
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雖然美國制定了很明確的時間表,但是很多人都還是認為美國重返月球的時間還是存在很大的變數(shù)。
別看美國的獵戶座飛船已經(jīng)完成了飛掠月球的目標,正準備從月球軌道返回地球,實際上這一次飛行任務(wù)還沒算完成。因為飛船還需要安全返回地球才行,而返回地球恰恰是載人航天飛行過程中最驚險的一個環(huán)節(jié)。
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當(dāng)時的獵戶座飛船從發(fā)射升空到繞月飛行,再到返回地球,整個過程其實還是比較順利的,只不過再入大氣層的時候卻出現(xiàn)了一些問題,飛船隔熱罩出現(xiàn)了嚴重的磨損,有超過100處炭層脫落、裂紋和剝落,甚至還出現(xiàn)了燒穿的情況。
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再過幾天,獵戶座飛船就會搭乘4名宇航員返回地球,如果飛船返回地球的過程中還出現(xiàn)嚴重的磨損問題,那這些宇航員就比較危險了。
這樣的情況確實是可能會出現(xiàn)的。因為當(dāng)時在執(zhí)行完無人繞月飛行任務(wù)后,美國NASA雖然知道獵戶座飛船的隔熱罩存在問題,但是他們并沒有去解決這一個問題,就讓飛船去執(zhí)行這一次載人繞月飛行任務(wù)了。
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所以很多科學(xué)家都表示這一次載人繞月飛行任務(wù)風(fēng)險是比較高的,擔(dān)心重返地球的過程中飛船隔熱罩再次出現(xiàn)問題,可能會威脅到飛船內(nèi)的宇航員。
不過問題可能也沒想象中的那么嚴重。因為美國研制的宇航服理論上來說,可以在飛船內(nèi)部壓力下降的情況下,保證這些宇航員可以在太空存活6天時間,直到飛船返回地球。
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