×

搜索

搜索站內資源

當宇宙飛船返回地球時,為什麼要不惜燃燒代價,高速穿過大氣層?

网瘾少女 2022/11/02

宇航員返回地球最危險的時候就是穿越 黑障區,又稱 黑色障礙區

當返回艙進入黑障區后,艙內的宇航員會 與指揮室失去聯系,沒人知道這段時間發生了什麼。

與此同時,返回艙外表 在高速摩擦中被燒得通紅

宇航員需要在這樣的危險中堅持 4分鐘。

也許我們在地面不會覺得4分鐘漫長,但是對于宇航員來說,這4分鐘是無比漫長的。

飛船返回著陸

既然穿越黑障區如此危險,為什麼 返回艙不做出調整?這樣就不用承受這麼多痛苦。為什麼不反向加速?為什麼不提前打開降落傘?黑障區還有哪些危險?未來能否有更好的返回方法?

當宇宙飛船返回地球時,為何要不惜燃燒的代價來高速穿過大氣層?

為什麼不反向加速?

黑障區指的是距離地面 35到80千米的大氣層,這里的氣體因為 高溫摩擦、太陽輻射發生了 電離

所以在降落穿越的時候,這些離子會 包裹住整個返回艙,影響返回艙與指揮室的通訊,讓雙方都失去信號。

返回艙進入大氣層的速度有多快?

差不多是 每秒7.9千米,因為在返回之前,需要 圍繞地球運動

等行駛到返回位置后,開啟發動機, 調整返回艙的飛行軌跡,當返回艙與地球表面的夾角為 3度時,返回地球。

由于降落的速度過大,返回艙與氣體離子產生 劇烈的摩擦,從而讓返回艙表面溫度達到驚人的 2000度

當年哥倫比亞號航天飛機就是因為表面有一條不起眼的裂縫,結果在返回的過程中穿越黑障區,導致裂縫被撕裂,最后整個航天飛機都解體了。

不少人有疑惑,為什麼不能 提前減速,讓返回艙不要以這麼大的速度進入大氣?

比如,是否可以 反方向加速,這樣就可以 緩慢穿越黑障區,返回艙也不會被燒得黢黑。

理論上是可以的,然而實際執行起來,難度太大!

返回 初速度實在是太大了,如果要削弱速度,必須 反向點火

可是,地球大氣最外層 非常稀薄,差不多屬于 真空狀態,如果反向點火,會讓返回艙突然又 返回到太空中,回了個寂寞。

再說了,這種消耗自身能量的減速方式,得 燃燒大量的燃料,返回艙本身的承載量就不大,無法攜帶大量的燃料。

如果真要采取這種模式回來,那麼 花費也將變得巨大,起碼飛船就必須攜帶更多的燃料。

既然反向加速不行,那 提起打開降落傘呢?

為什麼不能提前打開降落傘?

返回艙的降落傘可不是說打開就打開的,而且它不止一個降落傘。

一般來說,飛船返回地面的時候,需要三個降落傘,按照打開順序為 引導傘、減速傘和主傘

在距離地面大約 10公里的時候,就可以打開傘了。

引導傘出場的時間很短,也就1秒鐘,它的本質像一根 引線,起到 拉開整個傘包的作用

引導傘非常小,幾乎起不到減速的作用,真正減速的是后兩個傘。

引導傘正常工作后,第二個 減速傘也迅速打開,它的作用就是進行 減速擺正返回艙的位置

越靠近地面,大氣密度就越大,由于摩擦等原因,返回艙不一定是正著落下來的。

減速傘讓返回艙來個突然「 剎車」, 減速的同時擺正姿勢

最后打開的傘是 主傘,也就是我們看見神州飛船回來打開的上面有圓環的 大降落傘

它有多大,傘的總面積足足有 1200平方公尺,和它比起來,返回艙都顯得袖珍。

當返回艙接觸到地面的一瞬間,降落傘與返回艙的連接處 自動切斷,兩者再也沒有連接,就算風將降落傘卷走,也不會影響到返回艙。

這麼做的原因,是為了 減少后續的傷害

因為大傘的面積非常大,如果它還和返回艙相連,一旦遇上強風,吹動大傘后,它會 拉著返回艙到處跑,導致返回艙 在地面上滾動,里面的宇航員很有可能受傷。

至于為什麼不提前打開降落傘,那當然是 降落傘需要空氣

大氣層上表面 空氣稀薄,打開了降落傘也 沒辦法撐開

而且當進入大氣時的速度太快,如果打開降落傘,它也去參與摩擦,直接就被燒沒了。

為什麼不惜一切代價穿越大氣層?

返回艙以飛蛾撲火的態度穿越大氣層的黑障區,不惜一切代價,哪怕外殼都已經燃燒起來。

因為這是可以想到的, 最便宜的返回方式

前面提到的 反向加速需要 額外燃燒能量,提前打開降落傘則需要 提高降落傘的質量,制作出耐高溫的降落傘材料。

這樣算下來,價格會是 自由落體返回的數倍。

這種利用地球自身的引力返回的方式,整個過程中基本不用額外的能量,利用 引力和空氣阻力完成。

通過黑障區的主要危險就是 高溫和失去聯系,失去聯系這件事目前還無法克服,但是高溫可以通過 提高返回艙的材料質量來完成,這比研制高溫降落傘更容易。

既然都是穿越大氣層,為什麼飛船 上天的時候不會燃燒,但是 回來的時候被燒得發紅髮燙呢?

飛船如果想要離開地球進入太空的軌道,就必須以 不小于7.9千米/秒的速度進入太空。

對于地球上發射的火箭來說,它需要加速升空。關于太空與大氣的分界線,被稱為 馮·卡門線,距離地面 100千米

而黑障區的范圍是距離地面 35到80千米,火箭在這個區域的速度只有 每秒4到5千米,這個速度的摩擦,還不足以將外表材料燃燒起來。

并且飛船升空,越往上走 大氣密度越小,那麼摩擦也就越小;而返回艙降落,越往下 空氣密度也在增大,摩擦會越來越大。

因此,飛船上升的時候,表面并不會被燒得通紅,但是在降落穿越大氣層的那時候,會被燒成「火球」。

其實從上個世紀60年代開始,人們就在尋找消除黑障區的方法,然而半個多世紀過去了,還是沒能解決,因為黑障區的氣體是人類無法控制的。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁
用戶評論