神舟十三已经成功落地!为什么飞船返回时会剧烈燃烧,而升空时却不会?...碳球。
好在宇航员都穿着宇航服,所以不用担心高温的影响。
神舟十三的返回舱颜色分明,一边是黑色,一边是金灿灿
如果你想知道为什么飞船在发射和返回的过程中如此不同,,我们有了解火箭如何升空?飞船是怎么回到的?这个过程有没有危险?以后的返回舱能不能避免被烧成碳球?神舟十三号成功着陆,但人们不解:为什么飞船返回时会剧烈燃烧,而升空时却不会?
仔细看神舟十三返回舱烧焦的表面
火箭是怎么升空的?
很多人有一个误区,就是认为如果飞出地球,一定要以火箭发射速度达到第一宇宙速度第一宇宙速度。
其实不是。想要离开地球,进入预定轨道绕地球公转,只需要在出发的瞬间达到的第一宇宙速度就可以了。没有一成不变的规则。
第一宇宙速度是7.9km/s
所以这就解决了第一个问题,为什么飞船升空的时候外壳不会燃烧,因为速度没有我们一点都虚快!
我们都知道,地球上有空气摩擦,而在大气中,速度的速度越快,摩擦就越大,所消耗的能量也就越多,火箭的燃料经过精确计算,每一克都必须用在叶片上,所以在升空过程中要尽量少用摩擦,所以火箭的升空速度一般只有一公里每秒。
小球被空气摩擦示意图
随着火箭升得越来越高,空气的密度也在降低。薄,此时的火箭由燃料驱动,速度已经接近3公里每秒。
当它到达100公里的高度时,这里是太空与大气层的分界——冯卡门线,飞越冯卡门线,飞船进入太空环境,此时飞船的速度仍然是没有达到第一宇宙速度。大气的垂直层状结构
真的是在进入太空后达到了第一宇宙速度,现在没有空气阻力了空气阻力,燃料燃烧产生的能量,可以最大程度的使用在飞船本身的上,让它瞬间从3公里/秒提升到7.9公里/秒‵‵‵,绕地球的预定轨道。
和宇宙飞船归来完全不同于它的发射上天,真的是天上地下。
目前发射的神舟系列载人飞船大约90分钟绕地球一圈
飞船回来会经历什么?
飞船返回时,已经完成了任务完成。此时飞船上剩余的燃料已经所剩无几,所以它依靠地球的重力回来了。
用最后剩下的燃料改变轨迹,使返回舱与地球的夹角约为1.6度,这样发动机就可以熄火,完全依靠地球引力被吸入大气层。
而此时的初速度就是的第一宇宙速度:7.9公里/秒,是的3倍甚至更多。
忽略空气阻力,物体在地球表面自由下落的加速度为9.8m/s2
以此速度坠入大气层,返回舱和气体粒子来一次巨大的摩擦,这个过程中产生的热量足以将外壳的材质烧得又红又热‵‵‵.嫦娥五号返回舱燃烧概念图
大气中有各种离子,这样的摩擦也会干扰电磁波,影响返回舱和返回舱之间的连接指挥室与沟通,导致失去联系。
80公里到35公里的区域被称为黑色障碍区,宇航员处于的状态没有信息要靠自己的体验应对。虽然进入大气层后有空气阻力,但这本质上还是下落运动,如果没有人为减速,地面可能被直接砸个洞。
返回舱顺利着陆测试
因此,当返回舱距离地面10公里左右时,返回舱需要打开降落伞降落伞,有这里是三个降落伞,打开的顺序分别是主伞,副伞和主伞。
主降落伞就是我们经常看到的巨大的降落伞。
但不能突然打开,否则速度会下降太多,舱内宇航员会出现身体不适,影响宇航员的心脏不好,加上此时的下落速度,,如果贸然打开,伞面会受到巨大的空气冲击,材质不能忍受。
环帆滑翔伞:“镂空”让气流通过保持稳定,阻力面包裹住气流减速
所以用一个引导降落伞,一个是调整姿势返回舱的时候,尽量让的底部接触到地面,二是准备一个。后,打开速度降落伞,它的作用是减速减速,因为它和引导降落伞面积不大,所以不会打开后使用了很长时间。当速度下降到一定程度时,打开巨大的主伞,让返回舱缓缓降落。
返回舱着陆的瞬间,连接的降落伞绳立即自动切断。伤害。
神舟十二号返回舱着陆时及时切断降落伞
至此,宇航员安全返回地球!
回来的路上会遇到什么危险?
这么惊心动魄的回程,也有很多风险因素。历史上的哥伦比亚号航天飞机在返回前丢失了一个的一部分,最终导致整个航天飞机解体7位宇航员在内部被的高温瞬间汽化。
哥伦比亚号上不幸遇难的7名宇航员直接暴露在太空环境中,座舱气压瞬间变为0,宇航员直接窒息,体液沸腾,最后死了。
遇难的三位宇航员
因为进入大气层瞬间的速度太快了,巨大的摩擦会让返回舱外面的温度升到1000摄氏度,如果的材料和制作工艺不达标,在退货过程中,会出现一点问题,导致数十亿个错误。
飞船坏了还可以重建,但是宇航员已经不在了。
嫦娥五号的返回舱也是一个“碳球”
另外,返回舱不一定要降落在的位置,例如常用的我国的着陆点是内蒙古的丝孜孜旗,但不能保证每次都能准确着陆。
所以,宇航员还是要学会如何应对突发情况,比如降落在海面,或者计划外的地方。因此,返回舱配备了应急物品,例如信号弹,救生衣等。还在工作。船员们可以快速适应地面环境,也可以为以后舱门的开启做准备。如果此时返回舱撞击,宇航员穿着的宇航服可以继续保护。这就是三位在太空中遇难的宇航员给我们的教训。
我们宇航服的气压大约是40kPa,相当于7公里高空的气压
所以,即使着陆,宇航员们依然面临挑战,既然这样的返回方式这么危险,为什么不换个方法?
为什么不换个方式呢?
为什么不进入大气层后逆向加速,让返回舱的速度慢下来?这样的摩擦不会太大,整个返回舱不会被火烧焦。
神舟十三的重量超过8吨,运载能力经过仔细计算。没有多少燃料,这样的的成本就更高了。它需要来提供额外的能量。传统的返回方式只需要依靠地球的引力就可以了就是这样。
要知道飞船携带的物品是必须经过严格计算的,如果要使用逆向加速着陆,就必须携带额外的燃料,增加了负担。
所以,我要立即放弃的回归模式。现在不行了,还是航天的主流。
不过,这并不意味着人类会安于现状,未来一定会有更安全的着陆,至少不会穿过黑色障碍区每次,返回胶囊不用这样烧掉,说不定可以重复使用,省去了每次的费用。
向无数为航天事业默默奉献的工作者致敬!宇航员执行每一次太空任务,他们把自己的生命放在一边,他们肩负的不仅是国家,,以及全人类的希望。
每位宇航员从被选中到完成任务都会经历艰辛,甚至付出生命的代价,可以说是航天进步,不仅基于科技的进步,还有前任宇航员带回的宝贵数据,甚至是生命。
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