今天聊一聊航天员是怎么从空间站返回地球的?这期间又经历了哪些惊心动魄的事情?
飞船返回地球
首先,航天员们要跟继续留在空间站里的组员完成工作交接。然后穿上压力服进入返回舱,并关闭全部舱门,等待指令的传达。接着,对接锁会释放,返回舱与空间站进行脱离,这时飞船会渐渐远离空间站。
01
返轨分离和返回制动
当飞船和空间站拉开足够长的距离时,飞船将启动推进器,以及制动发动机点火,这时飞船就会减低飞行速度,来逐渐降低轨道,以便顺利进入大气层的下降轨道。这就是离轨的过程。随后根据自身飞行情况进行一系列操作,首先就是飞行姿态的调整(两次调整)。
为确保飞船内设备在分离后不互相碰撞,需让飞船旋转90度,变成横向飞行,然后将推进舱、返回舱、轨道舱组合体进行分离,各自返回地球。这是第一次姿态调整。
轨道舱里存储着航天员在太空中所产生的生活垃圾,它将会在大气层中被高温销毁。
在第二次姿态的调整中,返回舱、推进舱组合体还要继续旋转90°,这时候飞船的飞行方向和一开始的方向相反,其实就相当于掉了个头,飞船的推进舱在飞船前进的方向,而返回舱则在后面。这样调整姿态的原因,就是让在前面的推进舱启动发动机,给飞船一个推力进行制动减速,让飞船的速度降下来。
随着推进舱发动机的启动,飞船速度就会开始减速,高度也会随之下降,随后就会进入返回地球的轨道。
02
推进舱和返回舱分离
在飞船飞行了200多公里的时候,大概距离地面145公里时,推进舱就会和返回舱进行分离,也就是抛掉推进舱,返回舱则继续减速重返地球。
由于地球的大气层比较浓密,所以随着飞船返回舱的高度不断下降,空气密度会越来越大,气动加热效应会越来越强烈,返回舱外部的温度急剧上升。
用航天员的话来说,透过飞船的舷窗,可以看到飞船返回舱外部被烧得通红。从外部看去,飞船返回舱被熊熊大火包围着,变成一个从天而降的熊熊火球。
航天员乘坐的返回舱,有一种特殊的隔热材料,可以承受返回舱与大气摩擦中燃气的1000--20000摄氏度的高温火焰,确保航天员不会被高温伤害。(返回舱外观看起来黑不溜秋、面目全非)
这时,身处大气层中的返回舱,随着高度不断下降,空气密度会越来越大,气动加热效应会越来越强烈,返回舱外部的温度急剧上升,燃起高温火焰,航天员将经历时长约为5分钟的黑障区,也就是传说中的黑暗窒息300秒。
黑障现象是指飞船返回地球时,会与大气层发生剧烈摩擦,温度剧增,导致气体分子与飞船表面被烧蚀的材料均发生电离,这些不断产生的电离气体包裹在飞船周围,形成等离子体鞘套,对电磁波产生吸收衰减、折射、反射、散射等效应,导致飞船内部与外界的无线电通信异常乃至中断。
黑障问题伴随着人类航天事业的发展已有数十年之久。2023年6月4日,神舟十五号载人飞船成功着陆东风着陆场,科技人员对其在穿越黑障区时的稳定跟踪,表明我国已经具备了黑障区稳定跟踪飞船的能力。
03
降落伞打开
当返回舱距离地面还有10公里左右时,降落伞盖会自动打开,随后4个不同作用的降落伞会逐一打开从而减缓下降的速度。
整个降落系统一般由4部分组成,分别是引导伞、减速伞,最后一个是主降落伞,它的面积高达1200平方米几乎有三个篮球场那么大,以此降低返回舱下降的速度。我们会看到天空中有一“朵”巨大的伞吊着飞船缓缓下降。
04
启动返回舱的反推发动机
与此同时,底部的隔热层自动脱落,起到地面缓冲的反推发动机就会露出来,随着返回舱不断降落,在大约距离地面还有一米的时候,推进装置点燃,这时你会看到飞船四周浓烟滚滚。
最后,返回舱安全着陆,舱内的航天英雄静等地面搜寻人员的到来即可。
虽然我国现在航天技术很成熟,空间站进入应用与发展阶段,每年都将有两个乘组进行轮换,实现航天员长期在轨工作和生活。但每次航天任务的完成,每一次从空间站返回地球,都是对航天员的一次巨大考验,甚至时时刻刻都是生与死的较量,所以,让我们致敬每一位航天英雄以及背后默默为航天事业做出贡献的人。
来源:航天科普大会
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