神舟十八号安全返航!飞船外表已经烧得漆黑,为何发射时不会?

小彭的灿烂的笔记 2024-11-04 17:09:02

文|小彭的灿烂笔记

编辑|小彭的灿烂笔记

声明:本文陈述内容参考的“官方信息来源”,均赘述在文章末尾,感谢支持。

【前言】

从发射到返回,神舟十八号经历了怎样的旅程?它又是如何克服重返大气层时的高温考验的呢?

北京时间2024年11月4日01时24分,经过192天的太空之旅,神舟十八号载人飞船成功返回地球。

这次任务不仅创造了中国航天员单次飞行时间的新纪录,更为中国空间站建设画上了圆满的句号。

而当飞船舱门打开时,人们发现返回舱的外表已经被烧得面目全非,这是怎么回事呢?

在返航过程中,神舟十八号面临着极其严峻的考验,当飞船以每小时近2.8万公里的速度冲入大气层时,剧烈的摩擦会使返回舱表面温度飙升至1700℃左右。

这个温度足以融化钢铁,但神舟十八号的热防护系统却能将舱内温度控制在适宜范围,确保航天员的安全。

那么为什么发射时飞船却不会被烧黑呢?这就涉及到火箭发射与飞船返回的关键区别。

发射过程中,火箭速度相对较慢,大气层密度较大,产生的热量较少。

而返回时,飞船以极高速度进入大气层,产生剧烈摩擦和高温,除此之外,火箭外部涂层主要用于保温和防腐,而非防高温烧蚀。

在神舟十八号返航前,地面工作人员进行了一系列细致的准备工作,他们仔细检查了返回舱的各项系统,确保热防护材料完好无损。

同时,他们还为航天员们准备了特制的防护服,以应对返回过程中可能遇到的各种情况。

值得一提的是,神舟十八号飞船在技术上有了新的突破,相比之前的型号,它的热防护系统进行了优化,能更好地应对高温环境。

这些技术升级不仅提高了飞船的安全性,也为未来更远距离的太空探索奠定了基础。

【穿越火焰的考验】

当神舟十八号离开近地轨道时,它的速度高达每小时2.8万公里。

要知道,这个速度是普通民航客机的25倍左右!以这种超高速度冲入地球大气层,会发生什么呢?

当飞船以如此高的速度穿越大气层时,空气分子被急剧压缩,形成一道由电离气体组成的等离子体鞘套。

这个现象看起来就像飞船被一团火焰包裹,温度可以高达1700℃左右。

要知道,普通的钢铁在1500℃就会开始熔化,而神舟十八号却要在比这更高的温度下保护航天员的安全。

万幸的是,返回舱的外表面覆盖着一层特殊的烧蚀型热防护材料,当遇到高温时,这种材料会逐层烧蚀,在表面形成一层气化层,这个过程会带走大量热量,就像我们出汗时,汗液蒸发会带走体热一样。

但仅仅依靠材料的烧蚀还不够,神舟十八号的设计师们还采用了精妙的气动外形设计。

返回舱的形状经过精心计算,能够在高速飞行时在舱体前方形成一个弓形激波。

这个激波就像一个隐形的盾牌,可以将大部分热量阻挡在返回舱之外。

其实发射和返回是两个完全不同的过程,发射时,火箭是从地面逐渐加速,慢慢爬升到太空;而返回时,飞船是以极高的速度从太空冲入大气层。

这就像是慢慢走上楼梯和从楼顶跳下来的区别,后者显然更具挑战性。

虽然火箭最终也能达到很高的速度,但在大气层较密集的低空区域,它的速度并不算快,这就意味着火箭与空气的摩擦产生的热量相对较少。

海域火箭的设计目的与返回舱也不同,火箭主要任务是将载荷送入太空,因此它的外部涂层主要用于保温和防腐,而非应对极端高温。

事实上,火箭在上升过程中反而会变得越来越冷,这是因为随着高度增加,大气压力降低,燃料箱内的液态氧会吸收周围的热量,导致火箭表面结霜。

相比之下,返回舱的设计重点就是要应对重返大气层时的高温,它采用了特殊的烧蚀型热防护材料,这种材料在高温下会逐层烧蚀,带走大量热量。这就是为什么返回后的舱体会变得黑不溜秋。

还有一个有趣的现象是,发射时火箭尾部喷出的火焰温度其实比返回时遇到的温度还要高,火箭发动机喷出的气体温度可以达到3000℃以上。

那为什么火箭底部不会被烧坏呢?这是因为火箭使用了特殊的冷却系统,有些火箭还会用液态燃料在发动机周围形成一层保护膜,有效地隔离了高温。

【幕后英雄】

虽然神舟十八号有着先进的热防护系统,但要确保航天员安全返回地球,还需要地面工作人员的通力合作。

其中最重要的就是“轨道计算和返回方案的制定”,这项工作由航天飞行控制中心的专家们负责,他们需要精确计算神舟十八号的轨道,并制定最佳的返回路线。

还有气象保障,我们知道,返回舱最终要降落在预定区域,而这个过程会受到天气状况的影响。

因此,气象部门的工作人员需要对降落区域进行持续的天气监测和预报,他们要关注风速、能见度、云层高度等多项指标,确保降落时的天气状况适合搜救工作的开展。

再来是通信保障,在返回过程中,地面与飞船之间需要保持通信畅通。

这就需要通信专家们精心布置通信网络,确保在返回舱进入大气层后仍能保持信号的稳定传输,他们的工作就像是为航天员和地面之间搭建了一座无形的桥梁。

搜救准备也是至关重要的一环,搜救人员需要提前进行多次演练,熟悉各种可能的情况,他们配备了先进的搜救设备,包括直升机、越野车等。

一旦返回舱着陆,他们要在最短时间内找到并打开舱门,确保航天员安全。

医疗团队的准备工作同样不可或缺,航天员在太空中长期失重,返回地球后可能会出现不适应症状。

医疗团队需要准备各种可能用到的医疗设备和药品,并制定详细的医疗方案,以应对各种可能出现的情况。

除此之外,地面工作人员还需要进行大量的模拟演练,他们会模拟各种可能发生的紧急情况,如通信中断、返回舱偏离轨道等,并制定相应的应急预案。

这些演练确保了在实际操作中,每个人都能够从容不迫地应对各种突发状况。

值得一提的是,神舟十八号的返回工作还涉及到国际合作,在返回过程中,会有其他国家的卫星协助进行轨道跟踪。

这种合作不仅提高了任务的成功率,也体现了航天事业的国际化特征。

最后还有一个容易被忽视但同样重要的工作,那就是心理辅导。

航天员在太空中度过了半年时间,突然返回地球可能会产生一些心理上的不适应,心理专家们会提前为航天员进行心理疏导,帮助他们做好重返地球的心理准备。

所以说,神舟十八号的安全返回,不仅仅依靠先进的技术,更离不开千千万万个普通人的辛勤付出。

正是这些幕后英雄的努力,才让我们能够安心地仰望星空,追逐太空梦想。

【结语】

这不仅是航天技术的胜利,更是人类精神的胜利,同时也让人不由自主的感叹:“星辰大海,我们从未停止探索的脚步!”

参考资料:

映象网在 2024-11-04关于《“太空出差”192天创纪录!神十八“80后”乘组回家了》的报道

新闻在 2024-11-02关于《神十八返航为何要经受1000多℃灼烧 高温下的安全返回》的报道

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