神舟十四号在东风着陆场成功着陆,三名航天员陈东、刘洋、蔡旭哲安全返回地球,为为期六个月的太空任务画上圆满句号!从返回模块的表面可以看到明显的燃烧痕迹,这是强烈燃烧的结果。那么,宇航员和返回舱是如何返回太空的呢?为什么飞船发射时燃烧不那么剧烈?
此前,神舟飞船返回后,我们国家空间站将进入无人值守模式。这次不同,因为神舟十五号的机组人员已经进入了空间站。与神舟十四号机组人员交接后,空间站将移交给神舟十五号,神舟十四号可以安全回家。
三名宇航员首先进入停在空间站上的神舟十四号飞船,锁上舱门,然后成功与空间站分离,独自进入环绕地球的轨道。
然而,航天器不会立即重新进入大气层,而是会等待合适的时间。
在过去的六个月里,神舟十四号飞船绕地球飞行了约2845次,每次约需1.5小时,轨道速度为7.7公里/秒。撤离空间站后,飞船将继续绕地球5.5圈,所有这些都是为了抓住重新进入大气层的关键机会。
由于地球本身在旋转,航天器在太空中高速飞行,航天器飞越的表面也在不断变化。如果你想让飞船在预定的东风着陆点着陆,你需要让飞船的轨道刚好经过着陆点。
至于何时会出现这样的机会,可以通过空间站的轨道要素来精确计算。这一次,时间窗口在夜间,因此神舟十四号将在夜间返回地球,这当然对地面搜救构成了挑战。
返回时间确定后,神舟十四号载人飞船将按照计划提前与空间站分离。经过5.5轮飞行调整(之前的神舟十二号需要18轮),才能开始真正的返程。
神舟飞船和空间站撤离后,飞行高度仍在400公里左右。
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在飞行的最后一圈,航天器调整姿态,然后分离轨道舱,留下推进舱和返回舱的组合。宇航员总是在返回舱里。
然后,再次调整姿态,使推进模块位于飞行前部,返回模块位于后部,并调整俯仰角。然后,推进模块上的火箭发动机点燃并制动航天器,以降低其轨道速度。
通过这种方式,航天器没有足够的动能来维持其原始轨道,因此飞行轨道的高度继续降低,并开始滑向地球大气层。航天器制动后,开始进入16分钟的惯性滑行阶段。
当飞行高度约为145公里时,推进舱将被扔掉,返回舱将搭载三名宇航员进行最后的返回旅程,这也是最危险的过程。再入舱需要进行非常关键的姿态调整,使耐热底部向下,并将再入配平攻角保持在1.6°。
这个角度的精确控制非常关键。过大或过小将导致返回模块无法正常返回地面。如果角度太小,返回舱将无法重新进入大气层,而是会被大气层弹回太空,就像漂浮在水中一样。如果角度太大,返回舱将坠入大气层并燃烧。
在以适当的角度重新进入大气层后,再入舱将遇到越来越密集的大气层。此外,航天器速度极快,再入速度超过7公里/秒,会产生极端高温。当航天器高速飞行时,其前方的空气无法及时散开。它们会被航天器猛烈压缩,内部能量会显著增加,导致超过2000度的高温。这一原理与空气泵压缩空气时相同,空气泵将变热。
为了应对如此极端的高温,并确保航天器内宇航员的安全,返回舱的外部覆盖了一种特殊的蜂窝隔热材料。这种材料在高温下会剧烈燃烧,并能迅速从航天器上剥落。通过这种主动消融
待续......
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