從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?

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。

從太空返回地球,飛船大頭朝下不“翻船”,怎麼做到的?