中國人從古代開始,就
對神秘的天空充滿了好奇和征服欲
。古時候的傳說裡,美貌的
嫦娥
因為偷吃了丈夫從西王母那裡得來的藥丹,飛上了月宮,成為了廣寒宮的仙子。《封神演義》裡,
雷震子
也是因為吃了師父給他的紅杏,長出了肉翅,能夠像鳥一樣自由飛翔。
而除了神話故事志怪小說,據說我國建築和木匠的鼻祖魯班,有一次在與墨子論道時,拿出了一隻木鵲,據說可以在飛行三天三夜不落,是古代的第一個“飛行器具”。明初時期的
陶成道
更是親身上陣,成為了
人類歷史上第一個試圖靠著火箭飛上天空的人
。他雖然因為火箭爆炸而
失去了生命
,但對於人類航天有著非常重要的意義和作用,是
人類試圖探索宇宙的第一步
。
而在現代社會,隨著科技的不斷更新,人類利用各種燃料、研究不同材料,已經
完成了水陸空領域的探究
,正在逐步邁向更深廣的
宇宙空間
。而20世紀第二次世界大戰以後,全世界開始
發展經濟壯大國家實力
,當時的
兩個超級大國美蘇開始爭奪太空領域
,爭相研發航天技術,也因為兩方大力的資金投入,人類已經初步掌握了
載人航天技術
。
載人航天飛船
載人飛船也被叫做是
宇宙飛船
,指的是能夠令航天員可以
在外層空間生存和工作,進行航天任務
,並且在之後
安全返回地球
的航天器。它能夠進行獨立的航天活動,還能充當地面與空間站來往的
運輸載具
,也能夠
對接其他航天器
,並且一起執行。
而根據它本身的任務型別,載人飛船目前也被劃分為
行星際載人飛船、衛星式載人飛船以及登月載人飛船
。然而登月載人因為種種原因,已經不再受到人類的關注,人們的重點已經投入到了火星之上,
可能在2030年以後,就會出現新一類的火星載人飛船了
。
載人飛船一般有四個部分組成,其中最主要的結構特點就是
載人艙
,如果有對接任務,飛船的最前端還會配上對接機構。
軌道艙
也是載人飛船飛船重要的艙段,
前面是對接機構,後面則是返回艙
,是航天員進行科研、吃飯、訓練,以及日常睡覺的地方,有各種物資和儀器裝置,甚至能夠充當航天員出艙時候的
氣閘艙
,作用非常重要。
而
返回艙
在軌道飛行的時候
與軌道艙相接
,這兩個艙段被並稱為
居住艙
。返回艙也是非常重要的,美國水星號飛船在回地球的時候
自控出現問題
,航天員就是在返回艙憑藉手動操作順利回到了地面。而返回艙屬於是
密閉的座艙
,在起飛和進入大氣層的時期航天員都是半躺於返回艙的座椅,上面有控制手柄,也就是防止出現水星號飛船的情況,能夠自己進行
手動調整
,而前方的儀表板也能隨時
監控飛船飛行時候出現的各種情況
。
最後一個是
服務艙
,也被叫做是儀器裝置艙,前面
由過渡艙連線返回艙
,
後面就是運載火箭
,外部裝著輻射散熱器以及太陽能電池板,內含各種裝置和裝置。
從太空飛往地球的過程
2021年6月17日,我國三名航天員,即聶海勝、劉伯明、楊洪波,搭乘
神舟十二號載人飛船
,進行了
空間站階段第一次的載人飛行任務
,成為了首批空間站“天和”核心艙的“合租人”,在一起生活了3個月。終於在2021年9月17日13點半,在萬眾矚目之下,神舟十二號的返回艙帶著三名航天員安全返回中國領土。
大家都知道地球是擁有著
大氣層
的,它保護著我們
免受太陽輻射的侵擾
,能夠
“鎖住”地球的水分
,還有
保溫
等多重作用。以前的人們認為,大氣層的厚度大約是
100公里
,在這之上就是真空,沒有一點空氣的存在。然而科學家們
在月球的軌道附近發現了氣體分子的存在
,也就打破了曾經的看法。
科學家們認為“地球表面的空氣分子因為受到地球質量的吸引,越接近地面的,也就越稠密,反之越稀薄。”
而這100公里的高度成為了一個人類眼中的邊界,也被人們叫做是
“卡門線”
。他們認為,從理論上來說,飛機是可以在卡門線之下航行,而卡門線之上的
空氣較為稀薄,無法支撐飛機飛行
。而像空間站和衛星遠超100公里,雖然依舊有空氣存在,但是因為
密度小,空氣阻力也相應較弱
,因此每過一段時間,為了避免掉下去,就要
開啟發動機提一提速度以及高度
。
也正因此,處於離地面400公里距離、呈圓形的軌道上執行的
天宮空間站本身就是不斷運動的
,返回軌道也就有著不同的變化,
飛船的返回難度極其大
。要知道在以前都是從固定的軌道飛回地球,而這一次難度加深幾倍,要科研人員
重新改進回來的演算法
,提高成功的機率。
神舟十二號想要回到地面,就要
先一步主動脫離空間站
,一般分離以後要轉向90°,使軌道艙脫落並
在大氣層燒燬
,再轉向90°,推進艙開啟發動機,儘量
與飛船向前的速度相抵消
。
第一宇宙速度
也就是
航天器環繞地球所要具備的速度
,理論來講,當一個物體的速度處在
7.9千米/秒
的時候,就能
與地球的地心引力相平衡
,可以繞地球執行而
不會落下去
。但是實際上,這個第一宇宙速度只是
理論上在地球海平面的飛行速度
,現實中的空間站環繞地球的速度是在
7.7公里/秒
,因此
飛船脫離空間站時的初速度也是7.7公里/秒
。
而哪怕是7。7公里/秒,也是一個非常驚人的速度了,相當於是我們在高速公里上120公里/小時最高限速的
231倍
之高,以這樣的速度飛入大氣層,飛船與空氣發生摩擦,同時角度過大也會導致飛船被
燒燬
。因此在距離卡門線約40公里的高度時,飛船的推進艙
燃料耗盡
,同樣功成身退
安全離開
,並在最後階段調整返回艙的彈道和姿態,使它能保持良好的角度。
而為了保證航天員的安全,返回艙會
用接近水平的角度進入大氣層
,在地球繞行十幾圈來漸漸
減緩速度
,避免因為減速太快而威脅到航天員的生命安全,每一圈的時間大約為
1.5個小時
。
直到與地面距離10公里,飛船速度已經來到了
200米/秒的速度
,這時就會
開啟降落傘艙蓋,各種作用的傘會依次開啟,進一步減慢下降速度
,再加上返回艙底部的
反推發動機
的作用,在距離地面2米左右時,飛船速度已經能夠差不多到
3米/秒
,
返回艙的座椅也能夠吸收掉落下的衝擊力
,足夠保證航天員的安全了。
為什麼頭朝下“不翻船”
在返回大氣層的時候,所有的飛船都必須要
保持“大頭朝下”前進
。因為返回艙底部被裝上了一層專門的
防熱大底
,具有著
高度的耐熱作用
,可以保護好航天員的安全,保證返回艙不會因為高溫而被燒燬。
而在大氣層飛行的階段,
返回艙會與空氣發生非常劇烈的摩擦
,
空氣中的粒子會不斷與飛船表面碰撞
,從而產生
2000多攝氏度
的超高溫度,熔點只有1500多攝氏度的鐵都會被瞬間融化,只有
頭朝下
,特殊的
燒蝕材料
作用下空氣粒子只能“單相思”,自然也就
安全
了。
為了保證能夠維持頭朝下的姿勢不“翻船”,返回艙的表面還有著好幾個專門用來
在失穩的時候調整飛行姿態的發動機,
但是因為要節約燃料,所有
只在發生問題的時候才會自動開啟
。
同時為了令返回艙本身不會受到大氣層的影響,航天人員在當初設計它的時候,就將飛船的
重心
進行了調整,
偏向下方底部的一側
,而不是在中心軸線。就像是小孩子們玩的不倒翁一樣,
重心越低的物體,本身也就越穩定
,不倒翁靜止站立時重心是最低的,而偏離位置以後,支點也隨之偏移,在重力勢能的作用之下,就會很快
回到直立的狀態
。
因此,飛船能夠保持一定的
平衡不“翻船”
,不至於發生軸向的旋轉,並且因為重心的位置不在中心軸線上,還可以
保持一定的傾斜角度
,使得飛船下降速度也不會過快,從而
增加了減緩速度的時間
。
航天員的付出
事實上,除了為了航天事業而默默付出的工作人員和研究人員以外,當屬航天員最為艱辛。雖然說在我們普通民眾看來,航天員能夠飛上太空,
看到我們可能一輩子都無法看到的瑰麗風景
,還能夠體驗到“刺激”的
失重
環境,是一件非常有趣的事情。然而對於航天員來說,飛向宇宙,在遠離人群的太空站生活整整三個月,期間可能會
遭受太空輻射的侵害
,日常各種行動都極為不方便。
他們是帶著艱鉅的任務去的,每天都有著相應的安排,並且為了減緩在失重狀態下的
肌肉萎縮
,還要每天進行運動鍛鍊,然而仍然不能避免身體不適。在聶海勝他們回到地面的時候,甚至只能坐在輪椅上面,有一些航天員還會
嘔吐、頭暈
,更有甚至會得
輻射病
,生命安全都將遭到威脅。
不僅僅是起飛,返程途中也出現過危險。在2003年,“哥倫比亞”號太空梭在將要到達地面的十幾分鍾之前發生意外,在一系列的連鎖反應影響下,這架太空梭最終爆炸解體,由一個大火球變成了四個火球降落,上面的7名宇航員全部遇難。每一個航天員都是拼了命的,都是偉大的先驅者。
也因此,雖然有著無數的工作人員為神舟十二號上的三名航天員保駕護航,但是
誰也不能百分之一百保證安全性
,我們的航天員是冒著生命危險來往於空間站,是將生死置之度外的。在他們從返航開始,一直到落地,所有的參試人員都是提起了一顆心臟,甚至搜救人員
提前三個月在沙漠腹地進行訓練
,只求能
第一時間捕獲返回艙的落點位置
。
結論
儘管太空之路還很遙遠,仍舊有許多尚待攻克的問題,航天員也在冒著生命危險的情況下不斷升上太空,但是為了國家的強盛,為了在全球研究太空技術的基礎上不再像上個世紀一樣落後,我們只能
咬緊牙關,開拓創新
。
在2030年,人類或許將開啟火星載人計劃,而
這顆星球將距離地球更加遙遠,需要研究的技術更加深奧
,要準備的工作和資料也更加繁重和精密,正如我們現在的載人飛船,小到返回的時候頭朝下,大到在太空中
正常運轉
,都需要相關人員進行
千遍萬遍的推演和計算
。這是漫長的,也是必要的,更是我們未來航天員踏上火星地表的一步步基石。