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神舟十三号成功着陆!为什么飞船返回时剧烈燃烧,升空时却不会?

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神舟十三号已经成功在东风着陆场着陆!三位航天员翟志刚、王亚平和叶光富终于平安返回地球了!这是中国载人航天史上又一里程碑时刻,神舟十三号任务的圆满成功,将会拉开中国空间站全面建造的大幕。

三位航天员在空间站上生活和工作了长达183天的时间,这是中国航天史上最久的一次载人太空飞行任务。时隔半年,三位航天员终于回到了地球上,回到了祖国的怀抱中。

神舟十三号返回舱经受住了考验,把三位航天员安全带回来了。返回舱的外表面有些部分看起来黑黢黢的,在返回时经过了高温灼烧。但在发射升空时,神舟飞船却不会经历这样的过程,这是为什么呢?飞船在返回时究竟经历了怎样惊险的考验呢?

神舟十三号从地面发射升空时,这是一个从速度为零开始的加速过程。用于发射飞船的长征二号F遥十三火箭,其起飞重量可达497吨。再加上地球表面附近的大气层非常稠密,所以火箭加速十分困难。

火箭在大气层内飞行时,速度并没有那么快,与空气的相互作用没有那么强烈,不会让飞船燃烧起来。而且在飞船外面,还有整流罩的保护,这能防止气动加热效应对飞船产生影响。

火箭发射升空约120秒后,逃逸塔分离,此时火箭的高度约为39公里,速度约为1.65公里/秒。到了80公里高的空中,火箭离开了稠密的大气层。当高度超过110公里时,飞船穿过大气层边缘进入太空中,整流罩被抛掉,飞船直接暴露在太空中。

在大气层内飞行时,火箭的速度没有超过3公里/秒。进入太空后,空气阻力变得非常微弱,此时4枚助推器已分离、一二级已分离,消耗了大量燃料的火箭变轻了很多,所以火箭就能继续加速到7.7公里/秒,最终进入轨道。

当神舟十三号返回时,飞船先与空间站分离。在撤离空间站后,神舟飞船进行第一次姿态调整,然后轨道舱被分离,返回-推进舱组合体继续前进。由于采用快速返回技术,飞船只需要绕地球转几圈,就能找到返回时机。

在进行第二次调姿后,发动机点火制动,飞船速度降下来,脱离原来的轨道,开始进入返回轨道。飞船从将近400公里高的轨道上下降,一直降到145公里时,再次调姿,然后推进舱被分离。返回舱载着航天员继续下降,建立正确的再入姿态角,准备再入大气层。

返回舱的再入角度很关键,如果角度太小,返回舱将会被大气层弹到太空中,无法返回,这就像石头在水上打水漂那样。如果角度太大,返回舱再入的速度过快,将会产生过高的温度,导致飞船有可能被烧毁。

返回舱以大约1.6°再入攻角进入大气层,此时速度可达7.9公里/秒。返回舱以如此快的速度在大气层中穿行,这会强烈压缩飞行前方的空气,由此产生巨大的气动加热效应,让返回舱外表面的温度升高到上千度。

为了应对这样的极端高温,返回舱外面覆盖着蜂窝状防热材料,它们在高温烧蚀后,会带走巨大的热量,让返回舱的内表面温度只有大约30℃,身穿舱内航天服的航天员不会感到有多热。

在此期间,返回舱的外面是高温等离子体,航天员通过舷窗能够看到壮观的景象。此时,飞船与地面的通信受到等离子体的干扰而中断,这就是所谓的“黑障区”,持续大约4分钟。

经过大气层的充分减速后,返回舱的速度降为200米/秒。在10公里的高度,返回舱的引导伞、减速伞、主降落伞依次打开,防热大底抛掉。在主降落伞的作用下,返回舱继续减速,直到降为3.5米/秒。在距离地面1.2米的地方,反推火箭启动,返回舱以安全速度在地面上着陆。

有些人可能会说了,为啥不让降落伞一开始就打开减速呢?原因有两方面,一方面是返回舱再入时的速度太快,一开始空气比较稀薄,降落伞起不到多少减速作用。

另一方面,返回舱与空气发生相互剧烈作用后,还会产生上千度高温,如果早早打开降落伞,无疑会被烧毁,根本无法让返回舱减速。只有到大气层足够稠密,返回舱的温度和速度足够低时,降落伞才能起到有效的减速作用。

最后,让我们一起热烈欢迎神舟十三号的三位航天员回家!

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