地球大气层不是一个均匀体 , 有的地方密度高有的部分密度低 , 并且大气是时刻流动变化的 , 这是我们看天上星星会“一闪一闪”的原因 。 飞船如何在变幻不定的大气层中保持稳定飞行呢?
飞天小姐姐其实是个不倒翁
许多孩子都玩过不倒翁 , 西安“大唐不夜城”里那个摇着小扇子伸出纤纤玉手勾引你的网红小姐姐也是一个真人版的“不倒翁” , 她的脚下固定着半个硕大铁球 。
相对于底座来说 , 小姑娘的体重很轻 , 因此连接体的重心大幅度下移 。 当人在上方移动时 , 支点发生偏移 , 在重力势能作用下 , 它会趋向于回到垂直状态 , 这时候支点与质心轴线重叠 , 也就是引力势能平衡状态 。
不倒翁的重心很低
载人飞船就像是一个更巨大的不倒翁 , 它的重心不在飞船的中间 , 而是更靠近飞船底部 , 因此它的“下盘很稳” 。
当飞船在做返回飞行时 , 它主要受到地球引力和空气阻力作用 , 地球引力大于空气阻力 , 因此飞船重心会自然朝向前下方 。
飞船返回舱重心偏向下方一侧
飞船重心其实还不在中轴线上 , 它会稍稍偏离一些 , 并且是可以调整的 , 这一方面可以保证飞船不发生轴向旋转 , 同时还使飞船保持一定倾斜角度 。 因为是斜着朝前飞 , 飞船底部会产生升力 , 不使它下降得太快 , 以获得更多减速的时间 。
到了距离地面大约10公里的高度 , 飞船速度已经下降到约200米/秒 , 已经低于音速了 。 此时降落伞舱盖打开 , 引导伞、减速伞、牵顶伞和主降落伞会依次拉出 , 将下降速度减到60~70米/秒 。 到接近地面时 , 主伞能把速度降到5~6米/秒的水平 。
降落伞为神舟飞船减速
到了距离地面大约2米时 , 返回舱底部的反推发动机启动 , 将飞船接地速度降到3米/秒 。 虽然说这个速度还是很快 , 但航天员的座椅可以吸收大部分冲击能量 , 确保航天员安全着陆 。
神舟十二号航天员乘组
讲到这里你应该明白了:神舟飞船需要在大气层里通过长时间与空气摩擦来减速 , 由此会在返回舱表面产生极高温度;为了保证飞船不被烧毁 , 它需要时刻将防热大底朝向前方;飞船重心的位置朝下 , 像一个大号的不倒翁那样在飞行中保持姿态稳定可控;最后通过降落伞的进一步减速将航天员们安全送回地球 。 整个过程利用了重力势能这个基本物理学原理 , 通过调整飞船的重心达到平衡的目的 。
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