为什么宇宙飞船返回地球时,要不惜燃烧的代价,高速穿过大气层?


为什么宇宙飞船返回地球时,要不惜燃烧的代价,高速穿过大气层?


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为什么宇宙飞船返回地球时,要不惜燃烧的代价,高速穿过大气层?


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为什么宇宙飞船返回地球时,要不惜燃烧的代价,高速穿过大气层?


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为什么宇宙飞船返回地球时,要不惜燃烧的代价,高速穿过大气层?


宇航员返回地球最危险的时候就是穿越黑障区 , 又称黑色障碍区 。 当返回舱进入黑障区后 , 舱内的宇航员会与指挥室失去联系 , 没人知道这段时间发生了什么 。 与此同时 , 返回舱外表在高速摩擦中被烧得通红 。

宇航员需要在这样的危险中坚持4分钟 。 也许我们在地面不会觉得4分钟漫长 , 但是对于宇航员来说 , 这4分钟是无比漫长的 。
黑障区指的是距离地面35到80千米的大气层 , 这里的气体因为高温摩擦、太阳辐射发生了电离 。 所以在降落穿越的时候 , 这些离子会包裹住整个返回舱 , 影响返回舱与指挥室的通讯 , 让双方都失去信号 。
返回舱进入大气层的速度有多快?差不多是每秒7.9千米 , 因为在返回之前 , 需要围绕地球运动 。 等行驶到返回位置后 , 开启发动机 , 调整返回舱的飞行轨迹 , 当返回舱与地球表面的夹角为3度时 , 返回地球 。由于降落的速度过大 , 返回舱与气体离子产生剧烈的摩擦 , 从而让返回舱表面温度达到惊人的2000度 。

不少人有疑惑 , 为什么不能提前减速 , 让返回舱不要以这么大的速度进入大气?比如 , 是否可以反方向加速 , 这样就可以缓慢穿越黑障区 , 返回舱也不会被烧得黢黑 。
理论上是可以的 , 然而实际执行起来 , 难度太大!返回初速度实在是太大了 , 如果要削弱速度 , 必须反向点火 。 可是 , 地球大气最外层非常稀薄 , 差不多属于真空状态 , 如果反向点火 , 会让返回舱突然又返回到太空中 , 回了个寂寞 。
再说了 , 这种消耗自身能量的减速方式 , 得燃烧大量的燃料 , 返回舱本身的承载量就不大 , 无法携带大量的燃料 。 如果真要采取这种模式回来 , 那么花费也将变得巨大 , 起码飞船就必须携带更多的燃料 。
既然反向加速不行 , 那提起打开降落伞呢?返回舱的降落伞可不是说打开就打开的 , 而且它不止一个降落伞 。 一般来说 , 飞船返回地面的时候 , 需要三个降落伞 , 按照打开顺序为引导伞、减速伞和主伞 。
在距离地面大约10公里的时候 , 就可以打开伞了 。 引导伞出场的时间很短 , 也就1秒钟 , 它的本质像一根引线 , 起到拉开整个伞包的作用 。
引导伞非常小 , 几乎起不到减速的作用 , 真正减速的是后两个伞 。 引导伞正常工作后 , 第二个减速伞也迅速打开 , 它的作用就是进行减速和摆正返回舱的位置 。
越靠近地面 , 大气密度就越大 , 由于摩擦等原因 , 返回舱不一定是正着落下来的 。 减速伞让返回舱来个突然“刹车” , 减速的同时摆正姿势 。

最后打开的伞是主伞 , 也就是我们看见神州飞船回来打开的上面有圆环的大降落伞 。 它有多大 , 伞的总面积足足有1200平方米 , 和它比起来 , 返回舱都显得袖珍 。
当返回舱接触到地面的一瞬间 , 降落伞与返回舱的连接处自动切断 , 两者再也没有连接 , 就算风将降落伞卷走 , 也不会影响到返回舱 。 这么做的原因 , 是为了减少后续的伤害 。
因为大伞的面积非常大 , 如果它还和返回舱相连 , 一旦遇上强风 , 吹动大伞后 , 它会拉着返回舱到处跑 , 导致返回舱在地面上滚动 , 里面的宇航员很有可能受伤 。
至于为什么不提前打开降落伞 , 那当然是降落伞需要空气!大气层上表面空气稀薄 , 打开了降落伞也没办法撑开 。 而且当进入大气时的速度太快 , 如果打开降落伞 , 它也去参与摩擦 , 直接就被烧没了 。

为什么不惜一切代价穿越大气层?返回舱以飞蛾扑火的态度穿越大气层的黑障区 , 不惜一切代价 , 哪怕外壳都已经燃烧起来 。 因为这是可以想到的 , 最便宜的返回方式 。 前面提到的反向加速需要额外燃烧能量 , 提前打开降落伞则需要提高降落伞的质量 , 制作出耐高温的降落伞材料 。
这样算下来 , 价格会是自由落体返回的数倍 。 这种利用地球自身的引力返回的方式 , 整个过程中基本不用额外的能量 , 利用引力和空气阻力完成 。

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