神舟十四号成功着陆!飞船返回时剧烈燃烧,航天员经历了什么?


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神舟十四号成功着陆!飞船返回时剧烈燃烧,航天员经历了什么?



神舟十四号成功降落在东风着陆场 , 三位航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲平安回到地球上 , 给为期半年的太空任务画上了圆满的句号!从返回舱的表面可以看到明显的烧焦痕迹 , 那是剧烈燃烧的结果 。 那么 , 这趟太空返回之旅 , 航天员和返回舱究竟经历了怎样的过程?为什么飞船发射升空时 , 又不会这样剧烈燃烧?

此前 , 神舟飞船返回后 , 中国空间站都会进入无人值守模式 。 而这一次不同了 , 因为神舟十五号的乘组已经进入空间站 , 在与神舟十四号乘组完成在轨交接之后 , 空间站就交给神舟十五号 , 而神舟十四号就可以放心回家了 。

三位航天员先是进入停泊在空间站上的神舟十四号飞船 , 锁好舱门 , 然后成功与空间站分离 , 独自进入一条绕地球飞行的轨道 。 不过 , 飞船并不是马上就再入大气层 , 而是要等待合适时机的到来 。
在过去半年的时间里 , 神舟十四号飞船绕着地球转了大约2845圈 , 每转一圈的时间是1.5小时左右 , 轨道速度为7.7公里/秒 。 而在撤离空间站后 , 飞船还要继续绕地球转5.5圈 , 这一切都是为了抓住再入大气层的关键时机 。

因为地球本身在自转 , 飞船又在太空中高速飞行 , 所以飞船飞过的地表也在不断发生变化 。 要想让飞船在预定的东风着陆场降落 , 就需要让飞船的轨道恰好能够经过着陆场上空 。
至于什么时候会有这样的时机 , 可以通过空间站的轨道根数准确计算出来 。 这一次时间窗口是晚上 , 所以神舟十四号要在夜间返回地球 , 这当然对于地面搜救带来了挑战 。

在确定再入时机之后 , 神舟十四号载人飞船就会按照计划提前与空间站分离 , 经过5.5圈的飞行调整(此前的神舟十二号需要18圈) , 就能开启真正的返回之旅了 。

神舟飞船与空间站撤离后 , 飞行高度仍然在400公里左右 。 在飞行到最后一圈时 , 飞船进行调姿 , 然后让轨道舱分离 , 留下推进舱和返回舱组合体 , 航天员始终处在返回舱内 。

接着 , 再次进行调姿 , 让推进舱处于飞行前方 , 返回舱位于后方 , 并调整俯仰角 。 然后推进舱上的火箭发动机点火 , 对飞船进行制动 , 降低飞船的轨道速度 。
这样一来 , 飞船就没有足够的动能维持在原来的轨道上 , 所以飞行的轨道高度不断降低 , 开始朝着地球大气层滑落 。 飞船制动结束后 , 开始进入16分钟的惯性滑行阶段 。

待到飞行高度大约为145公里时 , 推进舱会被抛掉 , 返回舱载着三位航天员 , 踏上最后的返程 , 也是最为凶险的过程 。 返回舱需要进行非常关键的调姿 , 使防热大底朝下 , 让再入配平攻角维持在1.6° 。
这个角度的精确控制极为关键 , 太大太小都会导致返回舱无法正常返回地球 。 如果角度太小 , 返回舱将无法再入大气层 , 而是会被大气层弹回太空中 , 就像打水漂一样 。 如果角度太大 , 返回舱将会一头扎进大气层烧毁 。

返回舱以合适的角度再入大气层后 , 将会遇到越来越稠密的大气层 , 再加上飞船速度极快 , 再入时的速度超过7公里/秒 , 这会产生极端的高温 。 飞船高速飞行时 , 前方的空气来不及散开 , 它们会被飞船剧烈压缩 , 内能大幅增加 , 从而产生2000多度的高温 , 这个原理与打气筒压缩空气时 , 气筒会变热是一样的 。
为了应对如此极端的高温 , 保证飞船内部航天员的安全 , 返回舱外表覆盖着一层特殊的蜂窝状隔热材料 。 这种材料在高温下会剧烈燃烧 , 并且能够快速与飞船剥离 , 通过这种主动烧蚀带走热量的方式 , 返回舱可以经受住高温考验 , 内部的航天员仍然可以处在室温环境中 。

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