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自北京时间2022年11月16日下午(下同北京时间)发射升空以后 , 经历约25天的太空旅行 , “猎户座”载人飞船将于12月12日01:39重返地球 , 着陆在位于加州太平洋沿岸的瓜达卢佩岛(Guadalupe Island)附近的巴哈海岸(Baja Coast) 。 目前 , 地面着陆和回收系统已做好准备 。
此次“猎户座”将以前所未有的2.5万英里/小时(超过4万千米/小时)的速度返回地球 , 约为33倍音速 , 即第二宇宙速度(11.2千米/秒) , 并将产生最高5000华氏度(约3000摄氏度)的温度 , 达到太阳表面温度的一半 。 那么 , “猎户座”是怎么应对这些极致挑战的?
三重减速!让“猎户座”时速从40000千米降至32千米在“猎户座”以第二宇宙速度返回地球时 , 减速是首当其冲的考验 。 自月球近月点利用月球引力点火加速以后 , 飞船进入了一个不断加速的过程 , 最终达到第二宇宙速度约4万千米/小时 , 到推反分离后 , 即服务舱与返回舱分离后 , 返回舱进入减速阶段 。 首先 , 返回舱将利用跳跃再入技术进入地球大气层上部 , 并利用升力跳出大气层;然后 , 大底朝下再入大气层 , 利用气动减速和动力减速将飞船减速至325英里/小时(约523千米/小时);最后 , 利用伞降将返回舱减速至20英里/小时(约32千米/小时) 。
降落伞的部署开始于大约5英里(约8千米)的高度 , 首先打开3个小降落伞将前舱盖拉开 , 然后打开2个减速伞 , 将对返回舱起到减速和稳定的作用 , 之后在9500英尺(约2900米)的高度和130英里/小时(约209千米/小时)速度下 , 3个主伞引导伞将展开并最终拉起3个主降落伞 。 主伞为直径达到116英尺(约35米)的尼龙宽幅布或“丝绸”降落伞 , 将使返回舱溅落的速度降至不高于20英里/小时(约32千米/小时)的速度 。
“猎户座”降落伞系统包括11个降落伞 , 由36000平方英尺(约3300平方米)的伞盖材料制成 。 降落伞系统安装在飞船的顶部 , 上面有超过13英里(约21千米)的凯芙拉(Kevlar)线绳 , 串联了大炮式发射器、烟火推进器和切伞装置 。
通过复杂而至关重要的三重减速 , “猎户座”返回舱才得以从33倍音速降至接近电动自行车时速的32千米/小时的速度 , 才能最终实现安全溅落 。
全副武装!用极致防热对抗极致高温当“猎户座”返回舱以33倍音速再入大气层时 , 摩擦产生的高温是难以想象的 , 已经达到太阳表面温度的一半约3000摄氏度 , 什么材料能够抵挡如此极致高温?
在防热设计上 , “猎户座”返回舱可谓全副武装 。 返回舱的外壳主要由锥状的背罩(back shell)和圆环状的防热大底或者热盾(heat shield)组成 。 背罩位于返回舱的锥面上 , 上面覆盖了1300块隔热系统瓦片 , 通过烧蚀作用起到隔热降温的作用 。 防热大底位于返回舱的底部 , 直径16.5英尺(约5米) , 是世界尺寸最大的防热大底 , 其外表面由186块称为阿夫科特(Avcoat)的烧蚀材料制成 , 这是“阿波罗”返回舱上所用材料的一种升级版 。 在下降过程中 , 阿夫科特以可控的方式燃烧 , 将热量从返回舱带走 。
面对极致高温 , “猎户座”从背罩到防热大底全副武装 , 用先进的防热材料为飞船回归地球保驾护航 。
“猎户座”载人飞船是世界航天历史上完成探月飞行的第二型月球飞船 , 其实现了50年后人类载人航天器(无人飞行)重返月球 , 并实现了距月表最近80英里的近距离接触 。 此行 , “猎户座”开启的是21世纪载人登月的大幕 , 一个比上世纪更宏大的载人探月时代正在到来!
作者:大白高国
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