中国空站的前三位参观者圆满完成了他们的使命。他们乘坐神舟十二号返回舱返回地球,于17日下午13点47分在东风着陆场着陆。这里有一个小插曲。东风着陆场实际上已被用作备用着
中国空站的前三位参观者圆满完成了他们的使命。他们乘坐神舟十二号返回舱返回地球,于17日下午13点47分在东风着陆场着陆。
这里有一个小插曲。东风着陆场实际上已被用作备用着陆场。这是神舟飞船第一次使用这个着陆场着陆,而此前所有的神舟飞船都在蒙古四子王旗着陆场着陆。
之所以这次要换成东风着陆场,是因为这里比四子王旗着陆场更适合以后更加频繁的飞船着陆,这是神舟号非常在东风着陆场的第一次,而以后这里将变成中国唯一的飞船着陆场。
这次改成东风着陆场,因为比四子王旗着陆场更适合更频繁的着陆。这是神舟第一次在东风着陆场,未来也将成为中国唯一的着陆场。
图说:神舟十二号着陆时刻
四望旗的登陆地是一片草原,每次登陆都可能造成经济损失,影响牧民生活。但东风的着陆点是一片广阔的戈壁滩,荒无人烟,怎么降落都不会影响公众生活。
而且飞船起飞的地方都可以降落,可以减少人员,因为有些救援人员两边都跑不了。
虽然东风着陆场的地形确实比四子王旗着陆场复杂很多,但是科技的进步已经让这些复杂的地形基本不影响工作人员的救援工作。
说到我们的技术,既然我们的技术这么发达,为什么每次飞船着陆都要用降落伞呢?为什么没有像科幻小说里那样随时随地降落?
为什么要用降落伞?
如果不需要降落伞,可以使用反推发动机减速(就像科幻电影里一样)。现在一般在返回舱离地1米的时候会启动发动机反推进一步减速。
我个人觉得以现在的技术实现这个问题不大,因为这并不是什么技术含量特别高的东西——只是一种通过后推来减速的方式。
但是要花很多钱和燃料,这也是不使用的原因。
而利用大气层让飞船减速——也就是在着陆的最后阶段使用降落伞,是免费的,至少可以为返回舱节省一段火箭燃料,还可以让火箭发射时更轻——这也是钱。
要知道把每公斤的东西送入地球轨道需要几千到几万美元,取决于高度和火箭,宇航员必须为此保持体重。
虽然带降落伞着陆看起来有点“低”,但实际上可能比用发动机推力减速更复杂、更有技术含量。
事实上,世界上最顶尖的两家航天科技公司——SpaceX和波音,都曾多次倒在航天器的降落伞上,它们的降落伞基本上失败多于成功。
航天器降落伞的使用
当飞船返回地球时,其速度需要从第一宇宙速度(7.9 km/s)开始逐渐降低。当它进入大气层时,航天器将被大气层迅速减速,这被称为再入阶段。
在这个阶段,飞船底部会因为摩擦而被加热到2000摄氏度以上,飞船的通讯也会因为被等离子体包围而中断。这就是所谓的“黑障区”。
在距离地面40公里左右时,飞船可以重新与地面建立通信,继续减速。只有到了10公里才会使用降落伞。
很多人可能会疑惑,为什么开降落伞花了10公里?
其实原因很简单。10公里以上的飞船速度太快了。如果冒险打开降落伞,可能会直接被烧伤。其次,其瞬间减速产生的缓冲力可能会对航天员造成伤害。
10公里时,飞船的速度相对合理,降落伞的减速刚好能达到地面。
开降落伞也很有讲究。一般降落伞的伞盖在10km处打开,加热后的隔热罩丢弃。
然后,依次打开导向伞、减速伞和主伞。之所以采取这种循序渐进的方式,是为了防止宇航员因减速过快而受伤。
以神舟十二号返回舱为例。导向伞慢慢把速度降到每秒200米,然后减速伞又降到每秒70米,把返回舱稳住。
之后,主降落伞打开。这个降落伞非常巨大,总面积1200平方米(神舟飞船内返回舱重量约3吨。如果更重,这个降落伞会更大。),它会把飞船减速到每秒6米,一直用到离地1米。
最后启动发动机反推,飞船最终减速到每秒3米,着陆保证航天员不受到大的冲击。
飞船从7.9公里每秒下降到0,就最后这样使用一下燃料,这就是使用降落伞的原因。
飞船从7.9 km/s降到0,所以最后一次使用燃料。这就是使用降落伞的原因。
注意:飞船的降落伞很大,返回舱着陆需要及时切断,否则会拖返回舱。
降落伞的技术要求有多高?
事实上,降落伞的概念可以追溯到500多年前。在他的一个笔记本中,达芬奇描述了一个由木杆和亚麻皮组成的金字塔形状的人类登陆工具。
但应用到现代航天器,尤其是载人飞船上的非常少见。减速不是人类跳伞那么简单。它有更多的空气动力学特性,是计算机模拟不出来的。
因为大气在不同高度,每一秒的表现都是不同的,而且遇到湍流和动态气流根本无法预测。
由于大气层处于不同的高度,每一秒的表现都不一样,遇到湍流和动态气流时无法预测。
图注:八神返回舱
所以从打开到着陆的所有可能性都要考虑到,这也是为什么那些大的航天公司很难做到这一点的原因。
材料要求也很高。神舟十二号飞船主降落伞虽然那么大,折叠起来也只有90公斤左右。
而且这个折叠工作需要专门的人员来完成。在美国的阿波罗计划中,只有三名NASA的工作人员有资格折叠航天器降落伞,因为降落伞的设计包含了太多的知识点。
最后
总之,不要把飞船的着陆和跳伞相提并论。飞船的降落伞的设计涉及到很多东西,非常复杂,所以不低,相反很高。
中国的三名宇航员这次圆满完成任务,回家过中秋节。对于中国航天来说,我们真正开启了空站的时代,所有关于空站的技术都可以独立完成。
以后“上天”的频率会很高。让我们拭目以待!