神舟十四號成功著陸!飛船返回時劇烈燃燒,航天員經歷了什麼?

神舟十四號成功著陸!飛船返回時劇烈燃燒,航天員經歷了什麼?

神舟十四號成功降落在東風著陸場,三位航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲平安回到地球上,給為期半年的太空任務畫上了圓滿的句號!從返回艙的表面可以看到明顯的燒焦痕跡,那是劇烈燃燒的結果。那麼,這趟太空返回之旅,航天員和返回艙究竟經歷了怎樣的過程?為什麼飛船發射升空時,又不會這樣劇烈燃燒?

神舟十四號成功著陸!飛船返回時劇烈燃燒,航天員經歷了什麼?

此前,神舟飛船返回後,中國空間站都會進入無人值守模式。而這一次不同了,因為神舟十五號的乘組已經進入空間站,在與神舟十四號乘組完成在軌交接之後,空間站就交給神舟十五號,而神舟十四號就可以放心回家了。

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三位航天員先是進入停泊在空間站上的神舟十四號飛船,鎖好艙門,然後成功與空間站分離,獨自進入一條繞地球飛行的軌道。不過,飛船並不是馬上就再入大氣層,而是要等待合適時機的到來。

在過去半年的時間裡,神舟十四號飛船繞著地球轉了大約2845圈,每轉一圈的時間是1。5小時左右,軌道速度為7。7公里/秒。而在撤離空間站後,飛船還要繼續繞地球轉5。5圈,這一切都是為了抓住再入大氣層的關鍵時機。

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因為地球本身在自轉,飛船又在太空中高速飛行,所以飛船飛過的地表也在不斷髮生變化。要想讓飛船在預定的東風著陸場降落,就需要讓飛船的軌道恰好能夠經過著陸場上空。

至於什麼時候會有這樣的時機,可以透過空間站的軌道根數準確計算出來。這一次時間視窗是晚上,所以神舟十四號要在夜間返回地球,這當然對於地面搜救帶來了挑戰。

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在確定再入時機之後,神舟十四號載人飛船就會按照計劃提前與空間站分離,經過5。5圈的飛行調整(此前的神舟十二號需要18圈),就能開啟真正的返回之旅了。

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神舟飛船與空間站撤離後,飛行高度仍然在400公里左右。在飛行到最後一圈時,飛船進行調姿,然後讓軌道艙分離,留下推進艙和返回艙組合體,航天員始終處在返回艙內。

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接著,再次進行調姿,讓推進艙處於飛行前方,返回艙位於後方,並調整俯仰角。然後推進艙上的火箭發動機點火,對飛船進行制動,降低飛船的軌道速度。

這樣一來,飛船就沒有足夠的動能維持在原來的軌道上,所以飛行的軌道高度不斷降低,開始朝著地球大氣層滑落。飛船制動結束後,開始進入16分鐘的慣性滑行階段。

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待到飛行高度大約為145公里時,推進艙會被拋掉,返回艙載著三位航天員,踏上最後的返程,也是最為兇險的過程。返回艙需要進行非常關鍵的調姿,使防熱大底朝下,讓再入配平攻角維持在1。6°。

這個角度的精確控制極為關鍵,太大太小都會導致返回艙無法正常返回地球。如果角度太小,返回艙將無法再入大氣層,而是會被大氣層彈回太空中,就像打水漂一樣。如果角度太大,返回艙將會一頭扎進大氣層燒燬。

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返回艙以合適的角度再入大氣層後,將會遇到越來越稠密的大氣層,再加上飛船速度極快,再入時的速度超過7公里/秒,這會產生極端的高溫。飛船高速飛行時,前方的空氣來不及散開,它們會被飛船劇烈壓縮,內能大幅增加,從而產生2000多度的高溫,這個原理與打氣筒壓縮空氣時,氣筒會變熱是一樣的。

為了應對如此極端的高溫,保證飛船內部航天員的安全,返回艙外表覆蓋著一層特殊的蜂窩狀隔熱材料。這種材料在高溫下會劇烈燃燒,並且能夠快速與飛船剝離,透過這種主動燒蝕帶走熱量的方式,返回艙可以經受住高溫考驗,內部的航天員仍然可以處在室溫環境中。

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而在發射升空時,速度是從零逐漸開始增加的,在稠密大氣層中的飛行速度並沒有那麼快,所以不會產生極端高溫,飛船外表不會燃燒起來。待到飛船進入太空後,幾乎沒有空氣阻力作用,飛船可以更好地進一步加速,達到入軌所需的速度,而且也不用擔心高溫問題。

接著返回過程,返回艙外表劇烈燃燒,將會在周圍形成等離子體,這會阻止無線電訊號接發,所以飛船將會暫時失去聯絡大約5分鐘,這就是所謂的黑障區階段。在此期間,航天員可以欣賞到壯觀的窗外景象,高溫等離子體不斷在窗前飄過。

神舟十四號成功著陸!飛船返回時劇烈燃燒,航天員經歷了什麼?

在距離地表35公里的地方,返回艙離開黑障區,通訊恢復,並且速度也大幅降低。等到速度降低至200米/秒,降落傘開啟,讓返回艙進一步充分減速。然後,還要拋掉防熱大底。

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降落傘可以讓返回艙的速度最終降低到3。5米/秒,等到返回艙高度只剩1至2米時,底部的反推發動機點火,讓返回艙進行最後一次減速,使其安全觸地。

神舟十四號成功著陸!飛船返回時劇烈燃燒,航天員經歷了什麼?

最後,讓我們一起歡迎神舟十四號三位英雄的平安回家,同時也祝願神舟十五號三位英雄在空間站上一切順利。