神州飛船的返回艙在即将接觸地面的時候,會朝着地面放一個“屁”,然後安穩落地。
這個“屁”叫做精準反推着陸,是為了減速以減輕返回艙與地面的沖擊力,保護内部的宇航員。
被燒得漆黑的返回艙
這種減速裝置在中俄的返回艙上是基本操作,但是偏偏美國很少使用,美國的返回艙都是直接落在海上。
這個精準反推是如何實現的?美國為何選擇不用?
返回艙返回
精準反推着陸返回艙平安着陸後,它的表面都會被燒得黑漆漆的。
這不是因為地球的大氣溫度很高,而是因為返回艙下落的速度很快,達到了每秒5千米,表面和空氣摩擦産生了大量的熱,将表面的材料燒成了這樣。
返回艙下落時,表面最高溫度會達到2000℃以上,這溫度啥材料來了也得掉一層皮。
如果任由返回艙自由落體運動,那麼它會直接在地面上砸一個大坑,宇航員在裡面承受前所未有的沖擊力。
這顯然是不行的,于是就要對返回艙進行減速。
返回艙着陸後救援
在空中的時候,返回艙會依次打開三個降落傘減速。
第一個傘叫做引導傘,它的作用是擺正返回艙的位置,因為返回艙在下落過程中,可能是立着的,也有可能是躺着的。
引導傘将返回艙的位置擺正,最底面朝向地面下落,這個過程持續很短,位置一旦擺正,就會切斷引導傘。
返回艙打開降落傘
第二個傘是減速傘,它雖然長得小,但是能在瞬間将返回艙的速度減小一半。
之所以将它設計得這麼小,主要是為了開傘速度快,而且這回速度非常快,如果傘面過大,很有可能發生破裂。
第三個傘才是我們熟悉的那個大傘,也叫主傘,上面畫着紅色的圈圈,格外顯眼。
主傘的直徑達到了30米以上,傘面積在2000平方米以上,它的作用是進一步減速,并且讓人更容易發現返回艙。
降落傘更容易被發現
可是即便有這三個降落傘的減速,返回艙在接近地面的時候,依然具有每秒8米的速度。
以這個速度撞擊地面,會因為牛頓第三定律,受到極大的反作用力,裡面的宇航員會感覺到巨大的颠簸。
因此,在距離地面還有1米的時候,返回艙會朝地面放一個“屁”,我們會看到附近地面瞬間煙塵飛起。
很多人認為這是撞擊揚起的灰塵,實際上這是精準反推着陸點火吹起來的塵土。
這個“屁”就是返回艙用自己最後的一點燃料點火,讓最終的落地速度降到最低,低到無法傷害到裡面的航天員。
降落時的塵土
因為返回艙攜帶的燃料很少,必須用到刀刃上,所以這個點火的高度必須精确到1米。
高了燃料不夠,低了減速效果不明顯,為了能夠精确地測量出返回艙距離地面隻有1米,在“放屁”之前,會先放出射線。
射線是一種高頻率的電磁波,具有波粒二象性,能夠在接觸地面之後反射回來,通過射線測量出高度,然後點火噴射,讓返回艙減速,最後平安着陸。
精準反推着陸
着陸之後,需要盡快将主傘的傘繩切斷,因為主傘的面積太大,往往返回艙落地了,它還在空中。
一個風出來,主傘就會往别的方向飛,拖拽着返回艙翻滾,宇航員就會跟着在裡面翻滾,并不安全。
這種着陸方式是我國神舟系列返回艙的标配,而在俄羅斯他們也采取這個方法。
奇怪的是,美國很少使用精準反推着陸,他們都是直接掉進海裡漂浮。
難道美國沒有這個技術嗎?
美國的返回艙直接掉海裡
美國返回艙“跳海”美國的返回艙都喜歡往海上怼,直接掉在海裡漂浮,然後将返回艙附近的海水染成顯眼的紅色或者橘紅色,讓直升飛機很快發現它。
相反,中俄兩國降落喜歡直接落到地上,美國的這種返回方式叫做“濺落”,因為沒有反助推這一環節,掉進海裡的一瞬間會濺起水花。
美國的國土面積也不小,很多地方也是空無人煙,比如他們西部就有足夠大的無人區,為何他們特别鐘愛濺落的形式?
當年的阿波羅11号返回艙
美國采取降落在海面上,并不是因為他們不具備精準反推着陸的技術。
在他們登月、登火星的過程中,都使用過這個技術,火箭公司Space X的火箭回收,裡面也有精準反推着陸技術。
由此可見,美國是拿着這個技術并不打算用。
而他們之所以不用在返回艙上,是因為和中俄兩國的情況不一樣。
Space X的火箭回收
首先,美國擁有東西海岸線,西有太平洋,東有大西洋,外加它還有一個夏威夷,所以領海面積非常大,足足有1200多萬平方公裡,超過了自己的國土面積。
而且這些海洋都處于溫帶和熱帶,基本上全年不會結冰,視野開闊。
對于美國的返回艙來說,降落在自己的海上比降落在陸地上更容易。
美國的海比地還要寬
其次,水是一種很好的緩沖劑,能夠抵消掉降落時具有的動量,這樣就不用額外給返回艙攜帶燃料。
最後就是,美國的土地私有化很嚴重,地兒沒人不代表沒主人,有的時候一片荒地也是也有人買下來了。
降落在人家的土地上,如果造成了破壞NASA要賠錢的,為了避免不必要的糾紛,幹脆降落在自家領海上。
并且美國的海軍基地很多,返回艙降落之後能夠就近出動救援,速度比在陸地上還要快。
美國西部的無人區
而中俄采取着陸,原因正好與美國相反。
我國的領海面積300多萬平方公裡,隻有國土面積的三分之一,降落在陸地上更方便。
俄羅斯雖然也有很長的海岸線以及領海,但是他們的海大部分都是寒帶,一年之中長時間結冰,不适合濺落。
北冰洋結冰
我國的神舟系列的返回艙基本上都降落在四王子旗,但是在訓練宇航員的時候,會考慮到降落在水上的情況。
因為返回艙回來的過程非常危險,要根據它的情況進行調整,如果地面條件不允許,就會更改降落地點。
因此,在訓練時,會假設每一種着陸方式,讓宇航員熟練掌握每一種地形的自救模式。
那麼,精準反推着陸和濺落,究竟誰更好呢?
神舟飛船降落在四王子旗
哪種方式更好其實,這兩種方式沒有誰好誰壞,隻有最适合,中、美、俄三國都是根據自身的實際情況,決定返回着陸的地點。
使用了不适合自己的方法,那才是壞主意。
比如我國采用濺落的方式,那麼可降落的地點縮減為300多萬平方公裡,難度瞬間比降落在陸地上高多了。
如果俄羅斯采取濺落,萬一任務是在冬天執行的,它降落在北冰洋和降落在地面上好像沒有區别了。
我國也會進行海上降落的演練
而且精準反推着陸不僅隻用在返回艙着陸上,它還可以用在登陸其他岩石星體上。
我國的玉兔月球車、祝融火星車,在着陸月球和火星的時候,同樣采取了這個辦法。
精準反推着陸模式也随着降落次數的增加而進行改良,讓其性能更加完好,同時它也是宇航員平安回家的保障。
救援人員進行演練
不過精準反推着陸也有一個小局限,那就是必須要給返回艙裝上燃料,雖然不算太多,但是無形中增加了返回艙的重量。
返回艙是飛行器的一部分,根據航天上的規律,飛行器每增加1千克,就需要增加750千克的火箭燃料。
因此,不要小看了這一點點助推燃料,它可能會讓原本計劃的火箭重幾百公斤。
不過這幾百公斤就當是為宇航員上的保險,這麼想也就覺得比較值了。
火箭發射升空
精準反推着陸是一項非常有前景的技術,所以我國才會發展它,未來它甚至會被用到太陽系之外的天體上。
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