5月7日,在中国空间站停靠了近10个月的天舟九号,用一种很壮烈的方式,结束了自己的使命。
天舟九号从空间站撤离不到24小时后,就受控重返大气层。在穿过大气层时,虽只有短短几分钟,但飞船的表面温度却直接飙升至1000度以上。整个飞船瞬间成为一个被团团烈火包围的火球,最终大部分结构直接化为灰烬。少部分没能烧尽的天舟九号残骸,最终坠入到了南太平洋无人海域。
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很多人看到天舟九号飞船如此壮烈的牺牲,心里会一直嘀咕。为啥同样是从太空返回,神舟飞船就能完好无损着陆,而天舟飞船每次都得被烧为灰烬,这1000多度的大火,又是如何烧起来的呢?
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我们在看发射时候,火箭喷出长长的火焰,之后飞船速度也越来越快,飞船和火箭也没出现火花啥的,一点事儿都没有。可咋回来的时候就要被烧成灰呢?
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我们以天舟九号为例,天舟九号在轨运行的速度是多少?接近第一宇宙速度,每秒7.9公里。这可是超音速的存在,是音速的20多倍了。当天舟九号受控返回地球时开始,天舟九号就开始制动减速,之后就一头扎入到大气层中,天舟九号会以极快的速度和稠密的大气层剧烈摩擦、挤压。气动加上热效应,让火花瞬间爆发,飞船前端和大气层直接产生摩擦的区域,温度直接开始飙升,直到升温至1000多度。
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可以这样理解,天舟九号在几百公里高的轨道上,本身就拥有着巨大的动能和势能,返航过程这些动能和势能并没有消失,是以时速2.8万公里撞进了大气层里,转变成为了热能,最终加剧了燃烧。一个没有防热设计、防火保护的天舟九号船体,最终的结果,只能是化为灰烬。
那一样是去空间站,怎么神舟飞船每次返航都能完整落地呢?
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不知道大家伙注意过每次神舟飞船返回时,返回舱外壳也是被烧的黑乎乎的,但里面的航天员安全无恙,返回舱整体结构也很完整,这是为啥?
神舟飞船返回舱底部,安装了一个又大又重的防热大底。这是飞船返航时候直接和大气层摩擦,产生最高温度的部位,也是直面1000多度冲击的第一部位。除此外,在神舟飞船返回舱外壳上,还涂满了一层特殊材料制成的防烧材料与隔热材料,在经过高温大气层时候,这些材料会一层层升华、脱落并燃烧,这个过程,可不是烧坏了,而是通过热能转化,将自身物质通过转化而带走,从而消耗掉大量摩擦带来的热量。
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所以,即使外部是炼狱,返回舱内部依然能保持20多度的舒适温度。
熬过了高温,还没完。飞船速度依然很快,如果直接砸地上,那和撞地球没区别。所以,当返回舱下降到约10公里高度时,会依次打开引导伞、减速伞,最后是一面1200平方米的巨型主降落伞,进行伞降,把速度从每秒几百米降到每秒7米左右。
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但每秒7米冲击力还是太大,这个速度相当于从四五层楼掉下来,可能会伤到航天员的脊椎。所以,在距离地面仅1米的瞬间,返回舱底部的4台反推发动机会同时点火,进行最后的缓冲,把速度降到每秒1米左右,然后“砰”的一声,稳稳落地。
这一整套流程,构成了神舟飞船“活着回来”的全部秘密。
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看到这里,你可能会问:这设计也不复杂啊?咱们国家有这个技术,为啥不给天舟也穿上“盔甲”,让它也能回收?省得每次都要烧掉一艘几亿的飞船,多浪费啊。
答案很简单,但也很扎心:不是不能,是不划算。
你有张良计,我有过墙梯。天舟飞船的设计哲学和神舟完全不同。神舟的核心是“保人”,不计成本。而天舟的核心是“运货”,效率为王。
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如果给天舟也加上沉重的防热大底、烧蚀材料、降落伞和反推发动机,会发生什么?
原本天舟能拉6到7吨货,穿上防热设备后可能只能拉3吨。直接表现就是运力降了,要运同样的物资,就得发射两次。一次火箭发射就是几个亿的成本。而且最后你回收回来的,是一个已经用了近10个月、接近报废的“旧船”。为了它,你多花了火箭钱、燃料钱、测控钱,甚至还要为它建设专门的回收场。
这笔账,航天工程师们算得比谁都清楚。结论就是:“一次性使用”,是天舟货运飞船性价比最高的方案。
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烧掉的,只是一个完成了历史使命的“太空快递箱”,而省下的钱,可以投入到研发下一代可重复使用的“昊龙”货运航天飞机上。那才是未来带回空间站科研成果的“主力”。
送走了天舟九号,中国空间站的下一个“烈火英雄”很快也要登场了。它就是神舟二十二号载人飞船。
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注意,神舟二十二号和天舟九号可不一样。它也会经受1000℃的灼烧,但不会化为灰烬。因为它有我们上面说的那一整套“盔甲”和“缓降系统”。它将带着神舟二十一号乘组安全穿过大气层,打开降落伞,启动反推发动机,最终稳稳落在东风着陆场。
届时,我们将再次见证中国航天那精准无比的“太空归来”。航天员们走出返回舱的那一刻,将是这场惊心动魄的烈火考验最完美的句号。
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