“神舟九号”飞船分离后制动减速进入返回轨道在与“天宫一号”对接后,“神舟九号”飞船跟随太空站升到距地面350千米的轨道上,其运行速度大约为7.692公里每秒。飞船宇航员收到地面指挥中心决定返航的指令后,首先启动分离步骤,将“神州九号”飞船与“天宫一号”分离,成为独立的飞行器。此时,神舟9号仍然在“天宫一号”的轨道上,速度不变。之后航天员需要调整飞船的飞行参数,并启动与飞船飞行方向相反的制动火箭,来减低飞船的飞行速度。飞船速度下降后,其飞行的惯性离心力下降,就逐渐被地球引力向地面拉,飞船就会脱离原来的飞行轨道,进入自由滑行阶段,逐渐过渡到进入大气的轨道。当高度降至距离地面140公里处时,推进舱和返回舱分离,推进舱在穿越大气层时烧毁,返回舱继续下降。 进入大气层的“再入角”至关重要自由滑行阶段虽然无动力,但并非无速度。飞船的减速过程和进入大气层的轨道是经过精确计算的,其主要技术要求是在特定高度获得合适的“再入角”进入大气层。这个飞船返回地面的“再入角”,也就是进入大气层时的飞行方向与当地水平面的夹角,是飞船能否安全返回地面的关键。一般情况下这个夹角不能超过3°。再入角过大,飞船进入大气层的速度过快,会产生飞船自身无法承受的热量而被烧毁,像流星一样坠落地面;再入角过小,飞船又会被“弹回”宇宙空间回不了地面,并且由于飞船自带燃料往往很少,会因为无法完成下一次再入轨道调整而就此飞向太空。1965年,首次实现太空行走的前苏联宇宙员列昂诺夫乘坐的“上升2”号飞船在返航时,就因险些错过最佳的再入角,而使宇航员们惊出一身冷汗,幸亏及时调整到位,才避免了可怕的后果。 “神舟九号”采用弹道-升力式返回,比较易于控制航天器进入大气层的方式分为弹道式、弹道-升力式和滑翔式。早期的飞船多采用弹道式返回的航天器,像炮弹一样,沿着一条很陡峭的路径返回,不能进行落点控制,过载(也就是超重)比较大(可达8g~9g),接近人体所能承受的极限。弹道-升力式返回的航天器一般都采用钟形结构,在穿越大气层时产生一定的升力,因而能够对其飞行轨迹进行一定控制,落点准确度比较高,过载也较小(不大于4g)。美国的“阿波罗”号系列飞船、俄罗斯的“联盟”号系列飞船和中国包括本次“神舟九号”在内的“神舟”号系列飞船采用的都是这种返回着陆方式。此外,航天飞机采用滑翔式返回,因此回归大气层的压力不会超过1.5g,几名航天员甚至曾在大部分的降落过程中保持站立姿势,以展示这种优异的性能。 飞船表面的吸热和隔热层保护飞船和航天员的安全进入大气层时,飞船仍有数千米每秒的速度与大气层摩擦,形成高温。中国的“神舟”系列飞船和俄罗斯的“联盟”系列飞船都是使用一次就不再使用的,因此采用的是烧蚀防热的方法,就是在飞船外使用一种瞬间耐高温材料,一般是高分子材料,在高温加热时,表面部分材料会熔化、蒸发、升华或分解汽化。在这些过程中将吸收一定的热量,这种现象叫烧蚀。烧蚀防热是有意识地让表面部分材料烧掉,将热量带走,从而达到保存主要结构的目的。这些隔热材料在燃烧完毕之后,剩下的是碳化层,飞船底部一团漆黑可以证明保护层牺牲自己,换来了飞船的安全。不过,就返回舱内部而言,由于有防热设计,多个防热层可以保证航天员在里面有一个比较舒适的温度,即使舱壁上是最高温度的时候,舱内的温度也仅在30摄氏度左右。 再入大气层阶段会形成“黑障”,是返回的最危险阶段 飞船表面达到很高的温度时,气体和被烧蚀的防热材料均发生电离,形成一个等离子区。它像一个套鞘似地包裹着返回舱。于是,在飞行器的周围形成一层高温电离质,因为等离子体能吸收和反射电波,会使返回舱与外界的无线电通信衰减,,对飞船内部造成了电磁屏蔽。此时,地面与飞船之间的无线电通信便中断了,这被称为“黑障”。由于通信不可能,在这一阶段,地面也不能通过任何遥控方式对飞船进行控制,所有的操控都必须通过宇航员自己完成。由于高空、高温、高速、高重力加速度和无法通信,这一阶段就是返回大气层的关键阶段,也是事故易发阶段。 多种缓冲手段保证飞船低速着陆 在距地面40公里左右高度时,飞船就已基本脱离“黑障区”。到大约在距地10千米左右的高空时,飞船的速度已降到每秒330米以下,相当于“音速”。此时,返回舱上的静压高度控制器通过测量大气压力判定高度,自动打开伞舱盖,首先带出引导伞,引导伞再拉出减速伞。此时返回舱速度大约为180米/秒左右,航天员将会受到很大的开伞冲击力。通过减速伞的作用,返回舱的速度下降到80米/秒左右。减速伞工作16秒钟后,与返回舱分离,同时拉出主伞。这时返回舱的下降速度逐渐由80米/秒减到40米/秒,然后再减至8米~10米/秒。 救援人员需要马上接应宇航员出舱和适应重力环境 飞船着陆后,救援人员要立即接应宇航员。返回舱正常着陆后,如果航天员身体状况良好,那么航天员应首先自行断开胸前的压力调节器,打开面窗,摘下手套,并断开航天服与返回舱内座椅边连接的各种管线(通风供氧、通话、生理信号),然后由舱口攀爬出舱。当然,救援人员应在出舱平台上协助航天员出舱。在本次载人航天的计划中,考虑到神舟九号任务飞行13天,航天员太空工作量大,比较疲劳,立位耐力下降比前几次载人航天飞行要重,所以与前3次航天员自主出舱不同,“神九”航天员将在工作人员协助下出舱,并且出舱后所有活动将全部采取半卧或坐位,以确保航天员安全。 |
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