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返回大气层时,载人飞船被熊熊烈火包围,它是怎样防热的?

时间:2022-07-17 11:16来源:爱购彩 点击:

每当载人航天的返回舱平安降落,人们悬着的心才真正放下,这意味着宇航员们顺利安全返航。

这个时候返回舱已经是“面目全非”,表面烧得跟炭一样黑。

原来在返回途中,返回舱与大气层发生剧烈的摩擦,被熊熊烈火包围,可以说这个时候的宇航员是呆在一团火球之中。

过程中飞船表面的温度能够超过2000摄氏度,所以我们看到的那些黑乎乎的东西,其实是它表面的金属燃烧之后再冷却。

那么我们的宇航员是如何承受住如此高的温度,返回舱内部的仪器如何保证在高温下正常运行?

危险的返回路程

返回舱想要从太空平安降温在地面上,需要经历九死一生。首先根据卡门线的规定,距离地面100千米以上的区域被称为外太空。

返回舱需要找好角度,从外太空进入到地球的范围——大气层。

在距离地面35到80千米的地区被称作“黑障区”,在这期间飞船将与指挥台失去联系,过程会持续大约4分钟。

总部根本不知道在这期间会发生什么事情,一旦出现问题就没有任何挽救的机会。

之所以会出现黑障区,原因在于返回舱落入大气层的速度非常快,在大约每秒4到5公里。

如此快的速度之下,大气中的空气分子与返回舱的表面发生剧烈的摩擦,致使返回舱表面的温度达到2000摄氏度以上。

这么高的温度之下,大气层的气体分子发生了电离,产生了很多正负离子,包裹在返回舱的外部。

航天通讯采用的是电磁波,包裹的正负离子刚好能影响电磁波的传递,从而导致总部接收不到返回舱的任何讯号。

穿越黑障区之后,返回舱的速度开始变慢,这个时候才开始着手打开降落伞。

一般来说返回舱的降落伞有三个,我们在电视上看见最大的那一个降落伞,反而是最后才打开的。

返回舱的第一个降落伞其实是一个引线,用来引出之后的两个降落伞。

第二个降落伞是控制方向,因为返回舱不一定是正着落入地球大气,它很有可能在这个过程中发生了翻转,没有底面朝下,第二个降落伞就是摆正返回舱的位置。

最后就要请出第三枚降落伞,也就是最大的那一个,被叫做主降落伞。

它的直径达到了10公里以上,甚至在它面前返回舱小得像一个玩具。

最后一个降落伞一路陪伴返回舱直到它稳稳降落在地面上,返回舱触碰到地面的一瞬间必须立刻切断与主降落伞的连接。

因为他实在太大了,只要有风吹动它,就会拉着返回舱在地面上滚动,会让舱内的宇航员感受到翻滚。

原本宇航员从太空回到地球就需要一个适应过程,让他们这样翻滚,反而对身体非常不好,很有可能会伤害到里面的宇航员。

因此为了安全,主降落伞在行使完它的责任之后就会被抛弃掉。

返回舱稳稳落地之后,静候在一旁的救援队上前。首先要排查返回舱内外的气压情况,不可贸然开仓。

其次还要核对好里面宇航员的身体情况,在确认一切没有问题后,才能打开舱门将宇航员抬出来。

这个时候才能宣布任务顺利而圆满地完成。

如何隔热

舱内的一切完好无损,这是因为返回舱外壳分为了好几层。

最外面的一层其实是易燃烧易挥发的材料,他们在燃烧的时候反而会带走大量的热。

内层采用的是耐高温材料,2000多度的不会使之融化,所以舱内的宇航员是感受不到外界高温的。

宇航员在返回的过程中依旧穿有宇航服,就算不幸返回舱出现的故障,导致外部的温度传到了舱内,宇航服也可以起到一定的保护,隔绝高温对宇航员的伤害。

宇航员在返回舱内为何还要穿着宇航服,这是人类历史上用三名宇航员的性命换来的教训。

1971年前苏联的联盟11号在返回过程中出现阀门被震开的事件,导致他们在外太空上发生了意外。

由于当时设计的飞船极其不合理,舱内空间狭窄,因此宇航员们为了能够容得下被迫没有穿宇航服。

事故发生时,三名宇航员被暴露在了太空环境中,他们被自己体内的空气胀破,体液出现了沸腾,最终在痛苦中死亡。

也正是这次教训,让各国的宇航员在返回的过程中,无论返回舱是否完好都必须穿着宇航服。

火箭发射

关于返回舱进入大气层之后熊熊燃烧,有人提出了这样的问题,火箭在发射的时候同样要穿越大气层,为何进入太空的宇宙飞船并没有被烧成黑炭?

首先火箭发射时穿越大气层的速度没有返回过程中落入大气层的速度快。

从火箭发射到穿过卡门线,这段路程之中,火箭的速度是由低到高的。

因此大气层与之的摩擦并没有返回时那么剧烈。

其次火箭发射的时候飞船被外壳包裹起来,外壳一边燃烧一边脱落,起到了保护宇宙飞船的作用。

而返回舱在回来的过程中什么都没有,它完全要靠自己承受表面摩擦产生的热。

火箭发射的时候,很多部件其实也被烧成了黑炭,只不过它们要么在空中被燃烧殆尽,要么掉落在了地球看不到的地方,比如大海里。

要知道围绕地球运行的飞船速度,最小要达到第一宇宙速度,也就是每秒7.9千米。

返回舱为了节省燃料在进入地球范围之后,采取的是自由落体的方式,这就导致它的速度远超过火箭发射的时候。

为此有人提出建议,为什么每一次返回舱都要经历如此危险的燃烧呢?

历史上因为返回过程中出现了意外,导致哥伦比亚号航天飞机解体,前苏联联盟1号因降落伞事故导致宇航员丧生。

这些事故说明穿越大气层是一件非常危险的事情,那么人类是否可以避免返回过程中的这些九死一生。

解决高温

有人提到了,既然摩擦生热是因为返回舱在大气层中自由落体运动导致的,那么能否在飞船进入地球范围的一刹那,将速度减小,从而减缓表摩擦生热呢?

这个想法其实可以,但是没必要。首先想要在飞船进入地球范围的时候减速,就势必要给返回舱一个反向加速,那就需要额外的燃料进行燃烧。

而返回舱基本上不会携带太多燃料,如果真需要这样,那么返回舱就会设计得比现在还要大,携带足够的燃料以保证反向加速。

整个火箭的设计将会被改变不说,携带的总燃料会因此变多,这对于携带重量得精打细算的飞船来说,是一个不小的挑战。

其次这样设计之后势必会增加每一次飞行的成本,反向加速如果掌握不好的话还容易发生返回舱在大气中翻滚,这样反而把事情搞得更复杂化了。

最后的结果就是钱也花了,可能还不会达到自己预期的效果。

最后就是,纵观人类历史上的几次返回事故,无一例外都是飞行器的表面受到了伤害,导致在返回过程中高温让伤害扩大化。

也就是说决定返回舱安全的,不是它的降落速度,而是它的表面质量。

与其花费大心思去琢磨如何让返回舱反向制动,不如将返回舱的表面设计得更加坚固,这样才能更加保证宇航员的安全。

愿每一位航天员都能平安回到地球。

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