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神舟十八号出征!飞船返航时外部被烧得面目全非,发射时为何不会

作者:璀璨科学

4月25日,神舟十八号飞船成功发射,航天员叶光富成为大陆第二位重返中国空间站的航天员!在此前的神舟十七号任务中,航天员汤洪波成为了大陆重返中国空间站的首位中国航天员,而在参加神舟十二号、神舟十七号任务的基础上,航天员汤洪波也成为了大陆在轨时间最长的航天员,累计在轨时间接近9个月了。不过,这一个纪录即将要被航天员叶光富打破了。

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在2021年10月,航天员叶光富和翟志刚、王亚平一起执行了神舟十三号飞行任务,在神舟十三号任务中,这3名航天员在中国空间站内生活、工作了6个月。现在航天员叶光富乘坐神舟十八号飞船成功发射升空了,计划飞行6个月,也就是说,当叶光富结束神舟十八号飞行任务后,他的在轨时间将会达到1年,到时候将会成为大陆在轨时间最长的航天员。

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神舟十八号出征

在4月25日晚上,神舟十八号飞船成功发射升空,将3名航天员叶光富、李聪、李广苏组成的飞行乘组送上太空,开启了为期6个月的太空飞行之旅。说到神舟十八号飞船,大家其实都可以说是印象深刻了。

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因为这艘飞船在半年前就开始走进大家的视线,当时神舟十七号飞船发射升空之时,神舟十八号飞船就开始了待命值班状态,时刻准备着,为神舟十七号的航天员们保驾护航。在进行了差不多半年的待命值班状态后,神舟十八号飞船转入发射阶段,现在已经发射升空去执行下一个阶段的飞行任务。

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按照计划,神舟十八号飞船的3名航天员在轨期间将会完成多达90余项试验、实验,有一些科学实验还是大陆首次进行的。例如他们将会实施国内首次在轨水生生态研究项目,以斑马鱼和金鱼藻为研究对象,在空间站内建立稳定运行的空间自循环水生生态系统,实现大陆在太空培养脊椎动物的突破。除此之外,他们还将会实施国际上首次植物茎尖干细胞功能在轨研究。从这些任务的安排来看,神舟十八号的航天员们将会创造很多首次。

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除了这些科学研究外,航天员们还需要完成一系列的常态化工作,其中一项工作就是要和神舟十七号的航天员乘组完成在轨交接、轮换,当完成交接轮换后,神舟十七号飞船就会撤离返回地球。在10月下旬,神舟十八号飞船就会返回地球,而在返回地球之前,神舟十八号的航天员还会迎接神舟十九号航天员的到来,到时候再次完成在轨交接、轮换工作。

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在空间站运营阶段,航天员出舱活动也成为常态化的事情,按照计划,神舟十八号的航天员们将会完成6次载荷货物气闸舱出舱任务和2到3次出舱活动。而在出舱活动过程中,航天员们需要对舱外管路、电缆及关键设备安装碎片防护加固装置,还需要根据情况展开舱外巡检工作。

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飞船返航为何被烧得面目全非

相信很多朋友都看到了飞船发射升空的过程,也曾经见过飞船返回地球时的画面,两个不同的场景下,飞船遇到的情况截然不同。同样是穿过地球大气层,为什么飞船在发射升空的过程中不会剧烈燃烧起来,在返回地球的过程中却剧烈燃烧起来,飞船返回舱外部还会被烧得面目全非、黑不溜秋呢?

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返航时为什么会剧烈燃烧:原因其实很简单,在外太空飞行的航天器速度相当快,近地轨道的航天器飞行速度达到或者接近地球的第一宇宙速度,也就是差不多大的7.9公里每秒。飞往更远的月球、火星、金星之类的天体,航天器的飞行速度更快,一般都达到或者超过地球的第二宇宙速度11.2公里每秒。当这些航天器以这么快的速度重返地球时,免不了剧烈燃烧起来。

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因为地球是一个拥有浓密大气层的星球,当这些航天器以相当快的速度闯入地球大气层时,航天器外部的气动加热效应就会很强烈,外部温度一般都会达到一两千℃,甚至可以达到3000℃左右。这样的情况只出现在有大气层的星球,探测器在登陆火星时也会剧烈燃烧起来。

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由于重返地球时,航天器外部的温度相当高,所以航天器的外部就像是被熊熊大火包围着。像火箭残骸、卫星残骸、货运飞船、飞船推进舱、轨道舱之类的航天器重返地球大气层时,就会直接在大气层中剧烈燃烧化为灰烬。而载人飞船返回舱则不会被烧坏,能够安全降落到地面或者海面。

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这是因为航天员进入外太空或者从外太空返回地球时,都是在飞船返回舱内,他们会身穿舱内航天服。而飞船返回舱的外部还涂有烧蚀材料、隔热材料,在重返地球大气层时,经受一两千℃高温的灼烧下,外部的烧蚀材料会脱落带走大量的热量。

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所以,我们看到载人飞船返回舱重返地球时,就像是一个熊熊火球从天而降,后面还一路带着火花。虽然经受这么高温的灼烧,飞船返回舱并不会烧毁,内部温度也很舒适。只不过,在这么高温的灼烧下,飞船返回舱的外部就被烧得黑不溜秋、面目全非了。

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发射升空时为什么不会燃烧:虽然都是穿过地球大气层,但是飞船、火箭在发射升空的过程中,速度其实是很慢的。因为火箭、飞船组合体的重量本身就很大,一开始的加速度不大,所以在低空时,飞船、火箭组合体速度不快。

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随着燃料不断燃烧,火箭、飞船组合体的重量不断下降,速度越来越快了,但是进入高空后,空气密度越来越小了,气动加热效应不足以让火箭、飞船组合体外部的温度达到剧烈燃烧起来的程度,自然也就不会出现剧烈燃烧的现象了。