神舟十三號已經成功在東風著陸場著陸!三位航天員翟志剛、王亞平和葉光富終于平安返回地球了!這是中國載人航天史上又一里程碑時刻,神舟十三號任務的圓滿成功,將會拉開中國空間站全面建造的大幕。
三位航天員在空間站上生活和工作了長達183天的時間,這是中國航天史上最久的一次載人太空飛行任務。時隔半年,三位航天員終于回到了地球上,回到了祖國的懷抱中。
神舟十三號返回艙經受住了考驗,把三位航天員安全帶回來了。返回艙的外表面有些部分看起來黑黢黢的,在返回時經過了高溫灼燒。但在發(fā)射升空時,神舟飛船卻不會經歷這樣的過程,這是為什么呢?飛船在返回時究竟經歷了怎樣驚險的考驗呢?
神舟十三號從地面發(fā)射升空時,這是一個從速度為零開始的加速過程。用于發(fā)射飛船的長征二號F遙十三火箭,其起飛重量可達497噸。再加上地球表面附近的大氣層非常稠密,所以火箭加速十分困難。
火箭在大氣層內飛行時,速度并沒有那么快,與空氣的相互作用沒有那么強烈,不會讓飛船燃燒起來。而且在飛船外面,還有整流罩的保護,這能防止氣動加熱效應對飛船產生影響。
火箭發(fā)射升空約120秒后,逃逸塔分離,此時火箭的高度約為39公里,速度約為1.65公里/秒。到了80公里高的空中,火箭離開了稠密的大氣層。當高度超過110公里時,飛船穿過大氣層邊緣進入太空中,整流罩被拋掉,飛船直接暴露在太空中。
在大氣層內飛行時,火箭的速度沒有超過3公里/秒。進入太空后,空氣阻力變得非常微弱,此時4枚助推器已分離、一二級已分離,消耗了大量燃料的火箭變輕了很多,所以火箭就能繼續(xù)加速到7.7公里/秒,最終進入軌道。
當神舟十三號返回時,飛船先與空間站分離。在撤離空間站后,神舟飛船進行第一次姿態(tài)調整,然后軌道艙被分離,返回-推進艙組合體繼續(xù)前進。由于采用快速返回技術,飛船只需要繞地球轉幾圈,就能找到返回時機。
在進行第二次調姿后,發(fā)動機點火制動,飛船速度降下來,脫離原來的軌道,開始進入返回軌道。飛船從將近400公里高的軌道上下降,一直降到145公里時,再次調姿,然后推進艙被分離。返回艙載著航天員繼續(xù)下降,建立正確的再入姿態(tài)角,準備再入大氣層。
返回艙的再入角度很關鍵,如果角度太小,返回艙將會被大氣層彈到太空中,無法返回,這就像石頭在水上打水漂那樣。如果角度太大,返回艙再入的速度過快,將會產生過高的溫度,導致飛船有可能被燒毀。
返回艙以大約1.6°再入攻角進入大氣層,此時速度可達7.9公里/秒。返回艙以如此快的速度在大氣層中穿行,這會強烈壓縮飛行前方的空氣,由此產生巨大的氣動加熱效應,讓返回艙外表面的溫度升高到上千度。
為了應對這樣的極端高溫,返回艙外面覆蓋著蜂窩狀防熱材料,它們在高溫燒蝕后,會帶走巨大的熱量,讓返回艙的內表面溫度只有大約30℃,身穿艙內航天服的航天員不會感到有多熱。
在此期間,返回艙的外面是高溫等離子體,航天員通過舷窗能夠看到壯觀的景象。此時,飛船與地面的通信受到等離子體的干擾而中斷,這就是所謂的“黑障區(qū)”,持續(xù)大約4分鐘。
經過大氣層的充分減速后,返回艙的速度降為200米/秒。在10公里的高度,返回艙的引導傘、減速傘、主降落傘依次打開,防熱大底拋掉。在主降落傘的作用下,返回艙繼續(xù)減速,直到降為3.5米/秒。在距離地面1.2米的地方,反推火箭啟動,返回艙以安全速度在地面上著陸。
有些人可能會說了,為啥不讓降落傘一開始就打開減速呢?原因有兩方面,一方面是返回艙再入時的速度太快,一開始空氣比較稀薄,降落傘起不到多少減速作用。
另一方面,返回艙與空氣發(fā)生相互劇烈作用后,還會產生上千度高溫,如果早早打開降落傘,無疑會被燒毀,根本無法讓返回艙減速。只有到大氣層足夠稠密,返回艙的溫度和速度足夠低時,降落傘才能起到有效的減速作用。
最后,讓我們一起熱烈歡迎神舟十三號的三位航天員回家!
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