摘要:在探索浩瀚宇宙的征程中,神舟飞船扮演着至关重要的角色,它承载着人类迈向太空的梦想,是我国航天事业的璀璨明珠。本文让我们深入了解一下神舟飞船的奥秘。
在探索浩瀚宇宙的征程中,神舟飞船扮演着至关重要的角色,它承载着人类迈向太空的梦想,是我国航天事业的璀璨明珠。本文让我们深入了解一下神舟飞船的奥秘。
01
结构
航天员乘坐的神舟飞船,在发射阶段位于火箭整流罩内部,依托火箭强大的推力奔赴太空。
火箭点火升空后,在飞行过程中会按照预定程序逐机关机分离,就如同接力赛一般,一棒接着一棒,最终精准地将神舟飞船送入预定轨道,至此,火箭圆满完成自己的使命,功成身退,后续的太空之旅则由神舟飞船挑起大梁,独自完成与空间站的交会对接这一艰巨任务。
神舟飞船的结构精妙复杂,主要分为三个关键部分。
位于上方的轨道舱,如同飞船的“多功能瞭望台”,在太空任务执行期间,为航天员提供诸多操作与观测空间,承载着各类科学实验任务以及轨道控制功能;
中间的返回舱,是整个飞船的核心区域,是航天员往返太空与地球的“生命之舱”,它肩负着确保航天员安全返回的重任,内部配备了先进的生命保障系统、操控装置等,一切只为航天员能平安归来;
底部的推进舱,则像飞船的“动力引擎室”,为飞船在轨道运行、姿态调整等过程中提供充足动力,保证飞船能按计划航行。
02
返航
当航天员结束太空任务,踏上归程时,一系列精密复杂的操作随之展开。飞船首先与空间站平稳分离,随即开启首次姿态调整,迅速调至90度,进入横向飞行状态,此时,位于返回舱前面的轨道舱已然完成使命,果断与返回舱分离。
紧接着,进行第二次调姿,两舱组合体再度转动90度,变为推进舱在前,返回舱在后的布局,随后,推进舱以15度仰角启动推进发动机点火,飞船正式进入返回制动段,开始了关键的“太空刹车”操作。
这一过程,其实是巧妙利用降低速度的方式,使飞船逐渐降低轨道高度。要知道,空间站必须保持第一宇宙速度,才能持续环绕地球运行,而飞船此刻却要逆向而行,摆脱轨道束缚。
随着速度的持续降低,当推进舱发动机达到关机节点,飞船高度降至约145公里时,推返组合体又一次精细调姿,让返回舱朝前,紧接着推进舱与返回舱分离,推进舱就此结束自己的使命,随后坠入大气层,在与大气层的剧烈摩擦中化为灰烬。
当飞船降至约120公里高度时,再次进行精准调姿,建立大底朝前的载入姿态,返回舱有条不紊地调整配平攻角和载入角,正式进入返回再入段,开启弹道式升力返回模式。
当飞船闯入距离地面大约85公里高度的稠密大气层时,真正的考验来临,此时飞船速度依然极快,与大气层剧烈摩擦,瞬间产生上千度的高温,这股高温热浪足以摧毁绝大多数材料。
面对如此极端的高温环境,科研人员没有陷入传统的耐高温、隔热材料研发困境,而是另辟蹊径,采用了一种颠覆传统思维的解决方案——烧蚀材料。
在高温炙烤下,烧蚀材料会发生分解、融化、蒸发、升华、侵蚀等一系列复杂的物理和化学变化,利用材料表面的质量消耗,源源不断地带走大量热量,使得返回舱内的温度并不会出现明显升高。
航天员透过舷窗向外望去,便能目睹火焰将返回舱表面烧蚀层点燃,那剥落的红色碎片如同密集的流星般飞过,正是烧蚀材料以自我牺牲,守护着返回舱与航天员的安全。
此时,返回舱周围最高温度甚至飙升至超过2000度,在这般酷热下,周围的气体发生电离,进而形成一种神秘的物质状态——等离子体。
等离子体作为物质的第四态,迥异于我们熟知的固体、液体和气体。回顾中学物理知识,物质由分子构成,分子又由原子构成,原子则由带正电的原子核和围绕它的带负电的电子构成。
当物质被加热到足够高的温度,或是受到其他特定因素影响,外层电子挣脱原子核的束缚,成为自由电子,原本规则的原子结构瞬间瓦解,物质就此变成由带正电的原子核和带正电的电子组成的一团均匀“浆糊”,因其独特形态,人们形象地戏称它为“离子浆”。这些离子键中正负电荷总量始终相等,整体呈现近乎电中性,故而得名等离子体。
等离子体具有强大的电磁屏蔽特性,这一特性给航天员返回途中带来极大挑战。当飞船处于等离子体包围区域时,航天员在返回舱里如同置身信息孤岛,完全接收不到外界信号,这片区域就是令人揪心的“黑障区”,通常会持续5分钟左右。
不过,随着返回舱速度进一步降低,高度降至40公里左右时,便成功脱离黑障区,通信得以恢复,重新与地球建立连接。随后,在距离地面10公里左右,静压高度表准时启动,引导伞率先打开,并带出减速伞,紧接着,一张面积达1200平方米的巨型主伞徐徐展开。
观看过飞船返回过程电视转播的朋友,或许会留意到一个暖心细节:飞船降落伞打开时,并非如日常撑开雨伞那般瞬间全开,而是先开启一个小口,再缓缓扩展,这般精心设计,旨在减缓减速过程,避免给航天员带来过大的过载冲击,确保他们的身体能平稳适应减速过程。
后续,飞船抛掉防热大底,此时返回舱以稳定速度持续降落,临近地面一米之际,反推发动机迅速点火,给予飞船最后一道“刹车”,将速度进一步降至每秒两米,力求让返回舱以最平稳的姿态着陆。
接地瞬间,航天员还需根据实际情况,手动切断主伞,至此,神舟飞船圆满完成任务,带着航天员安全返回地球家园。
神舟飞船的每一次出征与归来,都凝聚着无数航天人的智慧与心血,它见证着我国航天事业迈向更高峰的坚实步伐。
来源:波波百谈一点号