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神舟十六号傳回驚心動魄一幕,黑障屏蔽飛船信号,火焰包圍船身

作者:胖福的小木屋

神舟十七号已經在傳回的路上了,盡管中國的載人航天技術已經非常成熟,但是實際上,從太空傳回地球,依然是充滿了極大的風險,難度堪比是“萬裡中10環”。

5圈快速傳回方案是什麼

神舟十七号載人飛船将采用5圈快速傳回方案,意味着飛船在完成任務後,将在太空中飛行約5圈後傳回地球,經曆制動離軌、自由滑行、再入大氣層、開傘着陸等階段。而在神舟十三号飛船之前,以神舟飛船采用“标稱彈道”的傳回方式,這種傳回方式對于脫軌的時間、位置要求極為嚴格。其視窗期隻有幾分鐘乃至幾秒鐘。是以像神舟十号、神舟十一号等載人飛船,即使與空間站裝置完成了分離,仍舊要在原來的軌道上繼續繞行,慢慢尋找或者說等待傳回視窗期的到來。一般而言,這一過程需要載人飛船在近地軌道上繞行15圈左右,耗費近一天的時間。才能瞅準時機和定位,準确無誤地點火脫軌進入傳回視窗。這樣“定時定點”的傳回方式,已經不能夠滿足空間站時代航天員頻繁往返和應急傳回的需求。

神舟十六号傳回驚心動魄一幕,黑障屏蔽飛船信号,火焰包圍船身

航天飛行器在圍繞着地球的軌道上飛行,地球的引力Fg要把飛行器拉向地面,飛行器圍繞地球軌道飛行産生的離心力Fv要使飛行器遠離地球,離心力的大小與飛行的速度v有 關,飛行速度越大離心力就越大。真如雨傘上許多水滴,快速轉雨 傘,水滴就會沿着雨傘旋轉的切線方向飛濺出去,雨傘轉得越快, 水滴飛濺出去越快,這就是水滴所受的離心力克服了水滴與雨傘 的粘力的作用。在一定高度H0的軌道上飛行的航天器S,同時受地球引力Fg和離心力Fv的作用。

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如果這兩種力一樣大,則航天器 就保持在原來高度的軌道上以恒定的速度V0運作。如果飛行速 度加快,離心力增大超過了地球引力,航天器就要飛離地球,反之 則航天器就會向地球靠攏,軌道的高度逐漸降低,最後進入大氣 層,并墜落到地球上(如圖2所示)。可見要使沿軌道飛行的航天器傳回地球,就要讓飛行器“減速"。為了準确地使飛行器降落到 預定的地點,還要掌握好減速的"時機”和減速的"大小”

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是以飛船傳回地球,是需要一個時機的,神舟飛船傳回時,腳下的地球就像自動滑艇一樣持續轉動,飛船需要在軌道上等待合适的時機,才能降低軌道往下跳,飛船的減速過程和進入大氣層的軌道是經過精确計算的,要求非常精确。

傳回艙的外形像一個上窄下寬的“大鐘”,通過發動機的姿态調整,以大底朝前的姿态升力式傳回的方式傳回地球,傳回艙要建立正确的再入姿态角(速度方向與當地水準面的夾角)。這個角度必須精确地控制在一定範圍内,必須在特定高度以合适的“再入角”進入大氣層。如果再入角過陡,會導緻傳回艙進入大氣層的速度過快,發生劇烈摩擦而燒毀;如果再入角過于平緩,又會像打水漂的瓦片一樣被大氣層“彈”回外層空間,很可能再也無法傳回地面。

不僅傳回艙要采用舒适的傳回姿勢,航天員也要以幾乎與大底平行的角度在座椅中“平躺”。選擇這樣的姿勢傳回,是為了更好地緩解飛船減速過程中形成的沖擊,進而給自己帶來更多保護。

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這句話說起來很容易,但是做起來卻非常難,飛船軌道設計團隊需要精心設計了傳回軌道方案,加入了預測校正制導方法來幫助傳回艙在再入過程中根據實時位置、氣動參數、瞄準點偏差等來自主計算并維持再入軌迹,以适應落點的變化以及軌道變化範圍大的特點,保證傳回的“軌道”絲毫不差。

神舟十七号傳回驚心動魄一幕

在進入大氣層之後,考驗并沒有結束,我們可以看到央視新聞裡,特别提到了神舟十七号離開黑障區,這是飛船傳回最驚心動魄的一幕。

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飛船傳回艙會經曆高溫震動惡劣環境考驗。根據計算,從宇宙傳回的航天器,從高空下降到達離地面60~70公裡時往往還有20倍聲速,艙外溫度最高可達2000度,傳回艙外部必須使用避火衣避免其燒毀。

即使有避火衣的防護。但因為空氣密度越來越大,傳回艙與空氣劇烈摩擦,使其底部溫度高達上千攝氏度,傳回艙周圍被火焰所包圍,艙内會出現震動噪聲過載的現象,在空間中的6個月,對航天員的身體造成了極大的損耗,高溫震動惡劣環境會對航天員身體造成極大負擔。

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在降落過程中,由于氣動加熱,貼近傳回艙表面的氣體分子被分解和電離,形成一個等離子層。由于等離子體具有吸收和反射電磁波的能力,是以包裹傳回艙的等離子體層,實際是一個等離子電磁波屏蔽層。是以當傳回艙進入被等離子體包裹狀态時,艙外的無線電信号進不到艙内,艙内的無線電信号也傳不到艙外,一時間,艙内外失去了聯系,這就是黑障現象。

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在這個過程中,地面無法通過任何遙控方式對飛船進行控制,依靠飛行器對狀态進行全自動處理。

黑障的範圍取決于再入體的外形、材料、再入速度,以及發射信号的頻率和功率等。黑障給載人飛船再入傳回時的實時通信和再入測量造成困難,目前尚無很好的解決辦法。

整個傳回過程複雜,任何環節都不能出錯。任何一點微小差錯都可能使傳回艙偏離預定落點幾百千米至幾千千米,降落到人迹罕見 的地區或海面,宇航員将喪失寶貴的生命保障,也可能使航天器 似脫缰之馬,飛向茫茫太空,成為飄落在星際間的一顆流星,最終可能撞毀在某一天體上。

總結

除此之外,東風着陸場位于巴丹吉林沙漠和戈壁地帶,這裡的氣候條件卻異常嚴酷。四月的東風着陸場,冷空氣頻繁,風沙頻發,給飛船的着陸帶來了極大的挑戰,傳回艙開傘時受高空風影響較大,落地後受地面大風影響易發生拖拽翻滾等情況,載人飛船傳回着陸時對着陸場高空風和地面風等天氣條件要求較高。為應對飛船着陸後的極端天氣,東風着陸場已針對降水、大風、沙塵、高溫、低溫等情況做好了準備。酒泉衛星發射中心氣象室更是連日來加強會商密度,經過連續監測和持續分析。

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可以說,針對神舟十四号傳回,大陸已經做了萬全準備,也讓我們歡迎神舟十七号航天員回家。