神舟飞船外层防热玻璃被撞裂! 俄罗斯联盟飞船的教训: 中国非常理智

11月14日16时40分，神舟二十一号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，三名航天员顺利出舱！从11月5日开始全国人民热议的神舟二十飞船遭遇空间碎片撞击后乘员组救援的问题终于告一段落，乘员组安全落地，但是大家心中的大石头还没有落地！

因为二十号乘员组乘坐的是二十一号飞船，目前伴随天宫空间站执行任务的二十一号乘员组的只有一艘“破飞船”，目前神舟二十二已经在准备发射！而据载人航天官宣的原因，神舟二十号飞船的舷窗被空间碎片撞裂，这个事件依然在进行中，后续究竟如何，是否可能在轨维修？

神舟二十的事故：玻璃撞裂了

11月5日，载人航天突然宣布，对接在天宫空间站径向对接口的神舟二十号遭到空间碎片撞击，正在进行影响分析和风险评估，为确保安全将推迟返回！这个消息确实震惊了全国人民，因为在距离地表将近400公里的太空，返回飞船被空间碎片撞击，损伤情况不明，还有比这事情更让大家揪心的吗？

从11月5日开始，社交媒体上各路大神都在猜测到底撞在哪里，还有则评估撞击造成的影响，2022年12月15日，俄罗斯MS-22联盟号飞船就被撞击导致冷却剂泄漏，飞船热失控无法返回，只能发射飞船将宇航员带回来，结果因为各种因素搞了快10个月才将宇航员带回来。

2024年波音飞船发射后出现多台姿态发动机报警，高压管路泄漏等严重故障，无法载人返回，只能发射飞船救援，也是因为各种原因搞了九个多月才回到地球，两名60多岁的宇航员被折腾的够呛，其中女宇航员搞得像个巫婆一样，看上去挺可怕的。

所以媒体上就有了各种猜测，认为空间碎片撞在了轨道舱，也有猜测可能撞在了推进舱，还有人猜测可能撞在了返回舱上！各种说法都有，大家都快猜疯了！11月11日，官方宣布神舟二十号返回有序推进中，很多网友都以为神舟二十经过评估无大碍，可以返回！

但在11月14日，载人航天突然官宣，神舟二十号航天员乘组将于11月14日乘坐神舟二十一号飞船返回东风着陆场，随后载人航天官方还公开了神舟二十无法返回的原因：

经过综合评估，神舟二十号载人飞船返回舱舷窗玻璃出现细微裂纹，最大可能是受空间碎片外部冲击导致，不满足载人安全返回的放行条件，将继续留轨开展相关试验。

说简单一点就是玻璃窗被撞裂了，返回不再安全，这样安排任务是对航天员安全的最大考虑！飞船已经“破裂”的舷窗成了返回的最大障碍，不过事实上并没有大家想象的那么夸张，因为神舟飞船的舷窗是多层结构的，目前有细小裂纹的是外层防热玻璃。

神舟二十号飞船是一个大致钟形，用于观察的舷窗有两个，分别位于第二和第四象限，差不多就是对称分布，主要是让航天员观测太空和地球环境，也能在交会对接、返回等关键阶段辅助判断飞船状态。另外还有一个“光学瞄准镜” 的窗口，主要用在自动控制失效时，通过光学瞄准辅助手动操控飞船。

神舟二十号受损的是返回舱左侧的三号舷窗，应该是位于第二象限的那个！神舟飞船的舷窗是多层结构的，主要有外中内三层组成：

最外层的是防热玻璃，中间是承压玻璃，内层也是承压玻璃。三层之间有两个空腔，以及密封结构，空腔可隔热，经过两个空腔的隔离，外层的高温并不会影响到内层以及舱内空间。但在外层防热玻璃破损后这个情况就恶化了：

返回进入大气层后从舷窗看到的窗外景象

飞船在返回时会在90公里以下到40公里高度时经历一段黑障，此时飞船会被高达2000℃~3000℃的高温等离子体包裹，防热玻璃虽然不会被直接冲击，但等离子体气流从飞船边缘经过时依然会影响舷窗，如果外层受损的玻璃在返回震动下破损，那么中层承压玻璃和内层承压玻璃无法耐高温，很有可能会被气流突入舱内，这个6立方米空间的飞船将会变成一个烤箱！

调整返回姿态：让受损玻璃位于最不受热的顶端？

看到舷窗受损的当时，种花家就考虑了一个方案，飞船返回时其实是可以建立姿态的，只要稍稍调整下角度就能避开受损舷窗被高温气流冲击，因为返回时飞船的姿态调整是一般技术，简单的说就是可以通过测控技术改变这个状态！

从上图这个返回过程可以了解到，建立返回姿态是在飞船抛弃轨道舱进入再入走廊时，此时的飞船会通过调整飞船的中心，建立起一个冲入大气层后的姿态：

估计很多朋友可能都会认为，大底朝前，飞船轴线沿着飞行方向，因为这个飞船的耐烧蚀大底就是用来顶住将近30马赫的高超音速气流冲击的，同时这个大面积热护盾也将让飞船在大气层中逐渐减速。然而飞船真正进入大气的姿态与各位想象是有一些区别的：

飞船的重心会略低于中轴线，从力学角度分析，此时飞船会有一个不大不小的迎角，以自身中轴线垂线为参考，迎角（攻角）通常稳定在17°左右，另外也会根据返回轨迹以及载荷等因素的调整，这个范围一般不会超过±2°，这个迎角有两个目的：

• 其一是17° 左右的迎角能让返回舱形成稳定的 “配平姿态”—— 钝头朝前、尾部略抬，这样可使激波远离舱体，大部分气动热被激波层吸收，大幅降低舱体表面温度（避免防热层被烧蚀过度）。
• 其二是这个迎角能平衡升力与阻力：既产生一定升力调整再入轨迹（实现半弹道式再入，提高着陆精度），又不会因升力过大导致姿态失控，确保返回过程平稳。

此时各位会发现，在中轴下方朝着地面方向的位置是气流冲击最少的，所以在返回地面的神舟飞船上烧的并不均匀，比如下面几个图就可以非常清晰的看出来：

神舟十一号

神舟十三号

神舟十六号

一边烧的焦黑，一边几乎颜色都没有改变！所以从理论上来看，只要将受损的舷窗在调整姿态后，朝向地球方向，那么飞船的迎角会让气流冲击另一侧，而飞船朝向地球这一方向的基本不会被冲击，这个舷窗上的这点破损完全就不是问题！

简单的说就是测控要求高了点，但以中国航天的测控技术要达到这个水准是完全没有问题的，所以问题来了，为什么我们不采取这个方案呢？

俄罗斯联盟号飞船的教训：不得不防

因为俄罗斯是有过惨痛教训的，当然不是舷窗破损，而是另一个模式，会导致姿态失控的一种特殊情况，让韩国第一位宇航员李素妍胸椎、脊椎受伤，返回地面后不久李素妍彻底离开了航天领域，基本就等同于退役了！

2008年4月19日，联盟TMA-11飞船脱离国际空间站返回地球，搭乘飞船的三名宇航员分别是俄罗斯宇航员尤里・马连琴科、美国女宇航员佩吉・惠特森以及韩国首位宇航员李素妍。如果一切正常就没有今天这个故事了！但是不出意外的话意外就发生了：

联盟TMA-11飞船在进入再入走廊前，原本应该通过爆炸螺栓起爆后抛弃推进舱，但是有一枚螺栓起爆后并没有完全脱离，导致返回舱连着推进舱在没有建立再入姿态时就进入了大气层。尽管在后期推进舱在强大的气动作用下分离，但姿态却再也未能建立。

按TMA飞船的设计，其返回时用的是半弹道再入，飞船中轴线的垂线迎角大约是20°，由于没有返回时要求的迎角，TMA-11飞船返回的半弹道就成了异常陡峭的弹道轨迹着陆。造成了多个严重后果：

• 一个是返回舱比预定时间迟到约20分钟，着陆点偏离预定地点达420公里，落在了哈萨克斯坦阿尔卡雷克市附近区域。
• 另一个是弹道返回的轨迹更陡、过程更颠簸，承受的最高加速度达到了10G，韩国宇航员李素妍还比较倒霉，其着陆时的触地点位于她座椅附近，受到的冲击最大，直接导致她胸椎、腰椎严重受伤，行动都受到影响，后续还接受了长期住院治疗。

这个只是飞船返回的结果，更可怕的是其在大气中飞行的过程，由于姿态失败，TMA-11飞船几乎是翻滚着进入大气层，飞船姿态失控，尽管后期自动调整了，但姿态不对，侧面被烧非常严重，不只是大底被烧，连船体周围也被烧得一片焦黑！

李素妍回忆返回时的情况，舷窗外一团火光，当时非常担心舷窗会无法耐受住高温而破损。返回途中，飞船舱门、天线因异常姿态遭到严重损坏。落地后高温的舱体还引燃了周围干草，引发了一场不小的火灾。

在这种姿态失控的情况下，神舟二十号破损的舷窗还真有可能无法经受住高温的冲击，一旦破损的后果相当可怕。并且这种意外的情况是无法100%排除的，尽管中国航天的在质量管控上要远高于俄罗斯航天，但是中国航天是绝对不会拿航天员的生命打赌。

延伸阅读：不能在太空换一块玻璃吗？

本文差不多看完了，不知道各位有没有想到一个问题，神舟飞船的舷窗是装配上去的，那么能不能在轨维修呢？从飞船舷窗的结构来看，维修并不难，打开外部紧固结构后更换一块防热玻璃即可达到目的。

天舟飞船或者神舟二十二载人非常带一块玻璃上去，在轨维修即可！不过在轨维修可不等于在地面维修，先来看看飞船舷窗的紧固结构：

局部放大后的舷窗结构，应该看到了是一字螺丝固定的，这个是比较罕见的：

这是神舟一号的返回舱，不知道二十号是否是这种一字螺丝设计，种花家查到神舟五号还是一字螺丝设计。准确一点说这种螺丝非常不友好，在地面安装时螺丝刀很难对重轴心拧紧，在太空那就更不友好了，航天员手着笨重的手套，拿着电动螺丝刀拧一字螺丝更是一场灾难。

打开后的玻璃应该还会有玻璃的单独紧固结构，再往下就是缓冲层，从外部紧固结构到内部缓冲结构之间是否有注硅胶这个就不好说了，为了紧固与防止振动，注胶是必然选择，怎样就需要有溶解胶层的溶剂，这个在太空中是否可以操作，还是仅仅只是覆盖，直接拆除即可，这个要看设计工艺是否适合在太空维修了。

从理论上来看维修是没有问题的，但实际是否能操作要看设计与维修工艺是否适合在太空维修，从成本角度考虑，神舟飞船发射一次成本大概是8.5亿人民币，维修一次的价值相当高，所以这个维修计划肯定是非常值得的，但是最终修不修，还得看载人航天官方的说法，就目前来看似乎并没有这个计划。