神舟十四号成功返回，在酒泉衛星發射中心附近的東風着陸場順利着陸，三名航天員已出艙。陳冬、劉洋和蔡旭哲結束了長達6個月的太空“出差”生活，終于回到了地球。而這也是繼17年前的神舟6号之後，再一次執行夜間着陸。

神舟十四号成功着陸

航天員劉洋出艙

不知大家有沒有注意到，以往的神舟飛船在落地的一瞬間，返回艙底部會冒出一道火光，随後揚起煙塵，飛船就停在了地面上，神舟十四這次也不例外。這難道是出什麼故障了嗎？

以往的神舟飛船落地瞬間都會啟動反推發動機

神舟14着陸時的火光

當然不是！這道火光是返回艙底部的4台反推火箭發動機發出的，它們承擔着重要的使命，隻有它們在距地面1米左右的高度精準啟動，才能保證航天員順利着陸并且不會受傷。而在飛船着陸之後，搜救人員還要趕緊用一個蓋子蓋住返回艙底部的某個位置，這是用來屏蔽伽馬放射源的，也和反推發動機啟動有關。

很多網友會比較疑惑：飛船已經有那麼大的降落傘了，為什麼到最後還要來這麼“一哆嗦”呢？這其實是一項非常高端的科技，要弄清楚它的原理，先得了解一下飛船的整個返回過程。

反推發動機會吹起煙塵

神舟十四号飛船是經典的三艙結構，分别是軌道艙、返回艙和推進艙（服務艙），而最終返回地面的隻有航天員所在的返回艙。當飛船與空間站分離之後，并不會立即返回大氣層，而是會先在軌道上繞幾圈。我國空間站的軌道高度是400公裡，傾角41.5度，它在星下點在地面上的軌迹是一條波浪線，這是因為地球在自轉的緣故。

我國空間站和飛船的星下點軌迹

因此神舟十四号必須找到一個合适的時機，才能保證在地球自轉的影響下，減速進入大氣層後恰好落在首選的着陸場——東風着陸場。如果錯過了這個時機，那就隻能再繼續調整了。神舟十二号在離軌前就繞地球轉了18圈，而從離軌到着陸隻用了51分鐘，整個返回過程總共花了28個小時。神舟十三号應用了快速返回技術，隻轉了5圈多就離軌，49分鐘後落地，總用時僅9個小時。

神舟十四開始制動時位于南大西洋上空

神舟十四号使用的也是快速返回技術，因此與空間站分離後大約繞地球5.5圈就會開始制動。在重新進入大氣層之前，神舟十四号還要與軌道艙分離，這個軌道艙還會在軌道上再呆一個時期，就如同一個衛星。

軌道艙與飛船分離

而飛船重返大氣層的動力來自推進艙，為了減速，飛船會調整姿态，将推進艙的發動機噴口朝向前方，再啟動發動機減速制動，這時候神舟十四号位于南大西洋上空。随着速度越來越慢，飛船就會脫離軌道，進入再入大氣層的路徑。而在推進艙完成它的使命後，也會被抛棄，隻留下像一口大鐘形狀的返回艙，此時飛船距地面約140公裡。

抛掉推進艙

随着飛船的高度越來越低，在每秒幾公裡的高速下，返回艙會和越來越稠密的大氣發生劇烈的摩擦并減速，溫度也會迅速升高到2000℃以上，如同一顆拖着火焰的流星。由于等離子體的屏蔽作用，有一段時間無法與外界通訊，這就是“黑障”階段。

飛船進入黑障區

此時飛船的姿态是把底部的防熱大底朝向前方，承受高溫的燒蝕，而大鐘一樣的外形可以使返回艙在這種情況下保持穩定，不會翻滾。

返回艙與空氣摩擦産生高溫

鐘形可以使返回艙在空氣制動時保持穩定

在空氣摩擦制動的作用下，飛船的速度迅速下降，在距地面約40公裡時，黑障的效果消失，通訊恢複。返回艙的降落傘艙蓋和防熱大底會被抛掉，然後先放出一頂比較小的引導傘，它會帶出後面的減速傘，将速度由200米/秒降到90米/秒。之後減速傘被抛掉，碩大的主降落傘才會張開。

回收着陸過程

神舟飛船的主傘采用的是單傘方式，面積達到了1200平方米，是世界上最大的降落傘，重量卻僅有90多公斤。這頂主降落傘能把返回艙的速度降到7~8米/秒，并向最終的着陸點飄去。這個速度還是比較講究的，如果太慢的話，受風力影響比較嚴重，着陸精度會下降，增加了地面搜救的難度。如果太快的話，着陸的沖擊又會過大。

神舟飛船巨大的

但此時返回艙的時速仍有28公裡左右，如果以這個速度直接觸地，那就相當于騎着一輛電動自行車全速撞牆，很有可能對航天員造成傷害，因此還需要最後一次減速。而這最後一推的主角就是前面提到的反推發動機。它采用固體燃料，安裝在返回艙底部，共有4台，每台可提供約3噸的推力。

在返回艙即将觸地的一刹那，4台反推火箭同時工作，冒出耀眼的火光。十幾噸的推力瞬間就将飛船速度從8米/秒降到了2米/秒，以這樣的速度落地，再加上内部座椅的緩沖作用，航天員的安全就有保障了。但是反推發動機點火的時機就變得非常重要，必須在距地面1米高度啟動，早了晚了都不行，這是為什麼呢？

反推發動機啟動瞬間

如果點火太早，由于固體火箭燃料有限，一下子就燒完了，這時返回艙還處在一個比較高的高度，在自由落體過程中又會重新加速，導緻着陸速度過大。如果點火太晚，那又會導緻減速時間不足，來不及把速度降下來就觸地，同樣會給航天員帶來風險。因此這個點火時機必須掌握得非常精确。

反推時機必須精準，不能高也不能低

這就産生了一個難題：如何才能判斷飛船出距離地面的高度呢？測高的方法原本有很多種，比如初中就學過的氣壓法，通過大氣壓的變化來判斷海拔高度，但缺點是精度實在太低了。對于氣壓高度計來說，1米的高差根本不會使氣壓發生明顯的變化，況且氣壓和海拔有關，但你并不知道着陸點的精确海拔是多少。

氣壓測高不可行，我們還可以考慮無線電高度計，原理和雷達差不多。無線電高度計向地面發出無線電波，并接收回波，再利用調頻的方法，通過計算回波的頻率差值來得到高度。民航飛機在2500英尺（762米）高度以下時會使用無線電高度計來測高，但是飛船反推測高需要的精度達到了厘米級，還要距地面1米處工作，大大超出了無線電高度計的能力。

民航飛機使用無線電高度計

這時我們可以采取提高電波頻率的方法。激光的頻率遠高于無線電波，我國的嫦娥四号月球探測器就安裝了激光測距敏感器，從距月面30公裡到15米的高度上，可以達到6厘米的測距精度，精度是夠用了。但是在15米以下的高度，特别是隻用1米左右時，激光測距也表示無能為力。

嫦娥四号采用激光測距

那麼假如我們進一步提高頻率呢？電磁波中頻率最高的就是伽馬（γ）射線，而它确實可以用來測高，這就是神舟十四飛船使用的伽馬射線高度計。在返回艙的底部有一個放射性的伽馬射線源，向地面發出一束伽馬射線，這些伽馬光子到達地面後會向四面八方散射，然後飛船再接收反射回來的伽馬光子。

如果距離太遠的話，隻有很少的光子能夠被反射回來，絕大部分都跑掉了。但随着距離越來越近，近到1米左右時，接收到的伽馬光子數量會急劇增加，而且讀數對高度非常敏感，可以達到極高的測距精度。以俄羅斯“聯盟TMA”飛船為例，可以0.6~0.9米高度上實現4厘米的測距精度，而我國的神舟飛船至少不會比俄羅斯的産品差。

伽馬射線高度計的原理

當伽馬射線高度計發現已經下降到1米左右的指定高度後，會在20毫秒内向反推發動機發出點火信号，精準啟動反推。正因為有了這個神器，才保障了神舟十四号飛船和3名航天員的平安歸來。不過由于需要使用伽馬射線源，裡面裝有放射性物質，因此在返回艙着陸之後要迅速的用一個特制的屏蔽蓋子把放射源蓋住，以免地面人員受到射線傷害，過後還要取出來放到專用容器中儲存。

其它神舟飛船着陸後的場景，能看到底部被加了個小蓋子

講到這裡，我想有些網友又會産生疑問：中俄的飛船都使用反推着陸，那美國的飛船用什麼呢？他們還真不用這個技術。随着航天飛機的退役，美國的載人航天又回到了飛船時代，不過不管是60年前的阿波羅飛船，還是現在的載人龍飛船，都沒有伽馬射線高度計，難道美國飛船不怕摔？

那當然不是，美國載人飛船的着陸方式無一例外都是在海上濺落。所謂濺落就是飛船在降落傘減速之後，直接落在海面上，“濺”起一身水。由于海水具有很強的緩沖作用，所以返回艙可以不用很精确的測距，呯得一聲掉進水裡就完事了，然後再用小艇或直升機把航天員接走，或者把返回艙整個拖上船，航天員再出艙。

龍飛船在海上降落

海上濺落的好處非常多，除了不用精确測高之外，還省去了反推發動機和燃料重量，對飛船總體設計帶來了好處。另外地球表面70%的面積都是海洋，飛船在選擇着陸區的時候也比較靈活。既然濺落有這麼多優勢，為什麼中俄卻不約而同地選擇了難度更高的陸上着陸呢？

這是由于中俄在海洋上的力量還不像美國那樣強大。美國的軍事基地遍布全球，海軍擁有十幾艘航空母艦，還有很多兩栖攻擊艦，可以方便地部署在地球上的大部分海域，并且不怕别人幹擾。但我國在海外軍事基地方面無法和美國相比，要想在海上濺落，需要出動一支龐大的艦隊保護着陸區，期間肯定有其它勢力的幹擾，耗費的人力物力将是驚人的。

打撈龍飛船

所以我國選擇了更為穩妥的陸上着陸方式，規避了海上濺落的風險。我國大西北擁有廣袤的草原和沙漠，陸上着陸的場地不是問題，又掌握了反推着陸技術，自然比在海上要安全得多。但是反推着陸雖然是高科技，也有它的缺陷，那就是飛船觸地的緩沖不如海水那麼好，會對返回艙構成一定損傷，從而無法再重複使用了。SpaceX的龍飛船采用濺落方式，就可以重複使用。

龍飛船航天員出艙

神舟飛船是一次性飛船，重複使用的問題不用考慮。但未來的新一代飛船就具備回收複用的能力，因此就不能再采用反推着陸方式，而是換成了群傘 氣囊，氣囊可以為返回艙提供很好的緩沖，經過維護之後就可以再一次使用。

新飛船采用群傘 氣囊緩沖

返回後的新一代載人飛船試驗船，能看到底部的氣囊

現在新飛船已經進行過一次飛行試驗，驗證了氣囊緩沖的有效性。相信在不久的将來，我們就不會再看到飛船着陸時的火光了。

#神十四航天員乘組将踏上回家之旅##頭條創作挑戰賽#

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