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王亚平谈返航路上惊心动魄:我们被熊熊火焰包围,温度高达1200℃

2022-05-21  欧阳夏傑

2022年4月16日,我们的三位宇航员乘坐着返回舱回到了地球,顺利在东风着陆场降落。回到家园之后的王亚平说起自己返航的过程,只觉得惊心动魄,舱体外的温度居然高达1200摄氏度!

着陆后,我们所看见的返回舱直接被烧成了一个黑黑的球,也能想象回家途中的温度究竟有多高。为何返回舱回地球时会产生1200°的高温,如何高温下我们的宇航员是如何安然无恙的?

返回舱回地球时间缩短20小时

此次三位宇航员返回地球的方案与往期有所不同,第一次采用快速返回模式。能够尽快地返回地球,不仅缩短了宇航员回家的时间,也能够节省飞船的飞行燃料。按照以前的方案,飞船需要绕地球飞行11圈,然后驶入大气层进入地球。这一次飞船仅绕地球5圈就开始返回。

按照飞船的飞行速度,绕地球一圈需要1个半小时的时间,缩短了6圈相当于缩短了整整9个小时时间。由于整个返回方案的变化,让神舟十三号返回舱回家的时间比神舟十二号快了接近20个小时。返回地球的时间缩短,对于宇航员来说更为有利。为何这样说呢?让我们一起来了解一下返回舱的回家之旅。

神舟十三号的体积较大,总的长度达到了9米,重量8吨。宇航员回家时,呆在返回舱内。返回舱的其他的部位都不会跟随着返回舱回到地球,所以回地球时宇航员所处的空间较为狭窄。能够尽快回家,也能够让宇航员在里面少受点“折磨”。

返回舱回地球惊险一刻

返回舱在与轨道舱、推进舱分离之后,由于本身的速度较快、质量大,进入大气层的速度也很快,几乎接近宇宙第一速度(7.9KM/s)。高速度下进入大气层,返回舱的外壳将会与大气层发生剧烈的摩擦。这种情况下,返回舱外表的温度将急剧上升,瞬间达到1200度的高温。

返回的过程中宇航员在舱内的感受是最为直观的,虽然我们尽力像象其过程,但依旧无法感同身受。王亚平面对记者采访时,吐露了自己的心声。在进入大气层的那一刻,看到舷窗之外一片火红,仿佛置身于火海之中,耳边不停地响起大火燃烧的“呼呼”声。小时候看西游记时,孙悟空被关在炼丹炉中被大火焚烧的场景不由得出现在脑海中,这可能就是现实中的“炼丹炉”吧。

返回舱如何保证宇航员的安全

如此高的温度,没有人能够忍受得了。返回舱外层被熊熊大火包围,大钟形状的返回舱就像是一个巨型的火球。在舱内是如何保证宇航员的人身安全呢?

返回舱的防热技术

在设计返回舱时,设计以及技术人员早就考虑到了这一点。为了能够保护宇航员的安全,能够成功得将任务数据以及核心仪器设备带回地球,在制作返回舱时在外层包裹了厚厚的防热材料,就好像给舱穿上了一层厚厚的保护衣。

防热烧蚀层,内侧是蜂窝板表面,还覆盖了多层隔热材料。同时还增强了舱外的设备与返回舱壁的热耦合。神舟十三号返回舱防热结构工程师称,为神舟返回舱研制的防热材料有100余种,为了能够把防火材料性能提到极致需要做很多工作。当外部的表层温度升高之后,防热材料就开始发挥其作用了。

通过一系列的物理、化学反应用于吸热;化学反应也会产生大量气体、固体,这部分物质受热之后也能吸收一部分热量。防热层在表面形成了一个高温辐射散热层,会达到降温的效果来保护我们的宇航员在舱内的温度保持不变。

虽然返回舱的外层被保护得很好,但根据宇航员的描述我们也能知道舱内还有一个舷窗。这里可以让宇航员了解外界的环境变化,所以说返回舱并不是密闭的。舷窗采用了多层窗玻璃制作而成,也攻克了防热以及密封的难题。我们的宇航员在舱内是非常安全的,温度基本上都是处于恒温状态,不会因为外界的温度升高而发生巨大变化。

外表的防热材料在高温之下燃烧,穿过大气层之后温度将会降低。高温烧蚀后,这些防热材料以及烧蚀材料也会自动脱落在大气层中烧毁,从而带走热量来达到保护返回舱的作用。外表的材料被大火烧了之后留下了黝黑的外壳,所以我们看见返回舱降落时像一个黝黑的大黑球。

返回舱的气压技术

除了要保证返回舱内的温度适宜之外,要保证宇航员的安全,气压保持一致也是非常重要的。返回舱内有一套完整的环控生保分系统,除此之外航天服也有通风供氧的结构。里面有压力服、压力调节器、压力表等多种结构组合而成。其中的压力服内层是气密层,即便是压力之下也能够保证服装的气密性,外层的限制层能够承受余压。

返回舱配备多把降落伞

穿过了大气层之后,返回舱最后的阶段就是着陆了。巨大的返回舱如果直接坠落到地球,可能会砸出一个巨坑,宇航员可能直接被带入地下。为了能保证返回舱的顺利降落,配备了多把巨型降落伞来达到减速的效果。

在距离地面10公里高度时,首先会打开引导伞;紧接着拉出减速伞。此时的返回舱速度大约是180米/秒,随后减速伞分离,拉出主伞将返回舱的速度逐渐降到80米/秒,再降低到40米/秒,再降到7-8米/秒的速度。

降落伞的面积越大,承受的载荷就越多。为了避免主伞发生故障,还配备了备用伞以确保降落的过程万无一失。如果返回舱6-5公里的高度下降时,所用的时间与预定时间不匹配,系统会自动打开备用伞以保障宇航员的安全。

为了航天任务的顺利进行,从发射飞船到返回舱回到地球的整个过程,都经过了大量的数据计算以及模拟实验。整个过程是极其复杂的,我们只能够大致了解其中的原理。了解了返回舱的返回过程,以及制作技术不得不惊叹于技术人员的奇思妙想。

如今,返回舱已经成功带着我们的宇航员回到了地球。期待着我们国家下一次的航天任务能够顺利进行,同时也期盼着我们的宇航员顺顺利利出行,平平安安回家。

参考资料:

中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究 航天返回与遥感 知网 2021-08-15

作者:怡君 校稿编辑:李子

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