當前,在太空有很多航天員正在執行飛行任務,其中中國空間站、國際空間站都有航天員常駐在軌生活、工作,而在38萬公里外的月球軌道也有4名宇航員正在執行載人繞月飛行任務。
按照計劃,這艘在月球軌道執行載人繞月飛行任務的獵戶座載人飛船即將在幾天后就返回地球了,而我國在中國空間站執行飛行任務的神舟二十二號飛船很快也會返回地球了。
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當前神舟二十一號航天員乘組正在中國空間站執行飛行任務,從發射升空到現在,神舟二十一號飛行任務乘組已經在中國空間站生活、工作超過5個月時間了,預計再過不到一個月時間,他們就會乘坐神舟二十二號飛船返回地球。
雖然我們的神舟載人飛船和美國的獵戶座飛船的飛行任務不一樣,一個是在近地軌道環繞地球飛行,一個是抵達38萬公里外的月球軌道進行載人繞月飛行任務,但是返回地球的步驟其實沒什么區別的,都是以極快的速度進入地球大氣層,然后在經受高溫灼燒后,飛船會打開降落傘進行傘降,最后實現軟著陸。
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雖然整個返航的過程都是需要經過一系列的制動減速才能安全著陸,但是在某些細節方面還是會存在一些差異,比如說我們的神舟載人飛船返航的過程中進行傘降時,都只是打開一個主傘進行傘降的,而美國的獵戶座飛船則需要打開3個降落傘進行傘降。這是為什么呢?
飛船傘降過程
對于飛船返回地球來說,打開降落傘是必不可少的環節,如果不打開降落傘進行傘降的話,飛船將會沒法安全著陸。
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在歷史上曾經出現過飛船返航時沒法打開降落傘的悲劇。在1967年4月23日,蘇聯宇航員弗拉基米爾·M·科馬羅夫乘坐聯盟1號飛船去執行飛行任務,而在這一次飛行任務中,聯盟1號飛船出現了很多問題,飛船返航時降落傘沒法正常打開,最后飛船以每秒100多米的速度沖向地面。這名宇航員也因此成為了第一位在載人航天中犧牲的宇航員。
之所以需要飛船進行傘降,是因為飛船返回地球的時候速度都是非常快的,在近地軌道返回地球的飛船速度接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒,再入大氣層后,雖然在空氣阻力的作用下,氣動減速可以讓飛船的下降速度降低到200米每秒左右,但這已經是極限了,飛船如果不繼續采取措施進一步減速,飛船的速度就降不下來了。
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如果讓飛船使用反推發動機進行減速的話,需要消耗很多燃料才行,這無疑是占用很大的載重。所以,飛船在返航時都不會直接全程使用反推發動機進行減速,而是使用降落傘進行傘降。
以神舟載人飛船為例,當飛船返回艙下降到大約還有10公里時,引導傘、減速傘、主傘按照順序打開。
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其中引導傘是最最先打開的,它的尺寸不會很大,所以它的目的其實不是為了讓飛船的下降速度大幅度下降,而是為了把減速傘拖出來。
減速傘比引導傘大一些,減速效果會比較明顯。在沒開傘的時候,飛船下降速度大約為200米每秒,在減速傘的減速下,飛船的下降速度可以降低到90米每秒左右。
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減速傘只能讓飛船返回艙下降速度降低到90米左右了,沒法繼續下降了,就需要使用更大的降落傘進行傘降才行,那就是需要用到面積達到1200平方米的主傘。
神舟載人飛船的主傘是目前為止我國航天器中最大的降落傘,可以讓飛船返回艙下降速度降低到大約7米每秒。
可以看得出,飛船返回艙下降的過程中,每一個傘的打開都是很關鍵的,特別是最后的主傘面積巨大,這些傘的相互配合下,可以讓飛船安全著陸。
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雖然神舟載人飛船在傘降的過程中只打開了一個主傘,但是實際上飛船返回艙上還有一套備份的主傘的,面積也是巨大的,它是備份傘,在主傘正常打開的情況下,備份傘就不需要使用到。
如果在傘降的過程中,主傘出現破損,或者主傘打開后出現纏繞等情況沒法確保安全減速的話,就會使用備份主傘進行傘降,這樣一來,我們的飛船就多一份安全保障。
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獵戶座飛船返回地球的過程也差不多。現在獵戶座飛船已經完成飛掠月球的任務,正在返回地球的路上了。在飛往地球的路上,獵戶座飛船會進行3次軌道修正,當飛行第十天時,獵戶座飛船就會回到地球附近了。
當獵戶座飛船抵達地球軌道后,返回艙就會和服務艙進行分離,其中返回艙會以接近11.2公里每秒的速度,采用“打水漂”的方式兩次進入大氣層,通過這樣的方式兩次進入大氣層,飛船速度可以大幅度下降。
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雖然經過了減速,但是獵戶座飛船再入大氣層時速度還是很快的,外部溫度會飆升到2700℃以上。
隨著飛船下降高度越來越低,空氣阻力越來越大,速度會越來越慢,當下降到大約7.5公里左右的高度時,就會打開3個降落傘進行傘降減速,最后濺落到預定的海域。
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獵戶座飛船返回艙沒有采用像神舟載人飛船那樣的單傘進行傘降,這是因為獵戶座飛船的重量更大,比神舟載人飛船重很多,單個傘進行傘降的話,像神舟載人飛船1200平方米的降落傘都沒法讓獵戶座飛船的下降速度降低到安全水平。
如果想要增大降落傘的面積的話,對降落傘的材料、工藝各方面的要求都是極高的。而獵戶座飛船采用多個傘進行傘降,每一個傘都可以分攤一部分力量,每個傘就不需要太大了,對降落傘的制造工藝、材料的要求就沒那么高。
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不同的飛船采用不同數量的降落傘進行傘降,實際上是根據飛船自身的情況確定的。我們的神舟載人飛船相對輕一些,一個主傘就可以實現安全著陸了,獵戶座飛船更重,單個降落傘滿足不了要求。
同樣的,我們正在研制的新一代夢舟載人飛船也很重,總重量超過20噸,未來用于實現我們中國人的第一次載人登月任務。夢舟載人飛船返回艙也是采用3個傘進行傘降的方式。
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從這里就可以知道,我們的神舟載人飛船沒有采用3個或者更多的降落傘進行傘降,并不是說我們沒有辦法解決多傘同時傘降的技術問題。
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