神舟二十一號(hào)航天員乘組在5月29日乘坐神舟二十二號(hào)飛船返回地球了!當(dāng)時(shí)神舟二十二號(hào)飛船在著陸到地面的那一瞬間,飛船底部突然冒火光,這是怎么回事?是不是飛船出現(xiàn)了問題?
其實(shí)不是出問題了,這是正常情況,大家完全不需要擔(dān)心,不管飛船還是航天員,都是安全的。我們看下飛船返回地球的過程,就知道為什么飛船底部會(huì)突然冒火光了。
神舟二十二號(hào)安全返航
在2025年11月25日,神舟二十二號(hào)飛船不載人發(fā)射升空,而是滿載物資前往中國空間站。當(dāng)時(shí)距離神舟二十二號(hào)飛船進(jìn)入待命狀態(tài)還不到一個(gè)月時(shí)間,飛船就提前發(fā)射升空了,前往中國空間站作為神舟二十一號(hào)航天員乘組的“座駕”。這就是為什么神舟二十一號(hào)航天員乘組返回地球的時(shí)候是乘坐神舟二十二號(hào)飛船,而不是乘坐神舟二十二號(hào)飛船。
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從發(fā)射升空到返回地球,神舟二十二號(hào)飛船的在軌時(shí)間超過了6個(gè)月時(shí)間,而神舟二十一號(hào)航天員乘組的在軌時(shí)間更是達(dá)到了7個(gè)月左右,達(dá)到210天時(shí)間,已經(jīng)超過了之前的神舟二十號(hào)航天員乘組204天的在軌時(shí)間,是當(dāng)前我國在軌時(shí)間最長的航天員乘組。
在5月24日,神舟二十三號(hào)飛船成功發(fā)射升空,隨后神舟二十一號(hào)航天員乘組和神舟二十三號(hào)航天員乘組在5月28日進(jìn)行了交接儀式,隨后在5月29日,神舟二十一號(hào)航天員乘組乘坐神舟二十二號(hào)飛船從中國空間站撤離開始返回地球。
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從中國空間站撤離后,飛船并不是直接就一頭扎進(jìn)大氣層重返地球的,而是繼續(xù)環(huán)繞地球飛行一段時(shí)間,然后在合適的時(shí)間才會(huì)進(jìn)入大氣層,不然的話,飛船可能就沒法在預(yù)定的著陸點(diǎn)進(jìn)行著陸,可能會(huì)降落到其他地區(qū)甚至其他國家或者掉入大海。
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飛船返回地球的過程大致是這樣的,從空間站組合體撤離后,飛船先進(jìn)行艙段分離、制動(dòng)減速,緊接著降低飛行軌道高度再入大氣層,隨后進(jìn)行傘降減速,最后緩沖著陸。
第一步是撤離后的姿態(tài)調(diào)整、艙段分離。空間站組合體在大約400公里的近地軌道飛行,飛船撤離后進(jìn)入單獨(dú)飛行的狀態(tài),慢慢和空間站組合體拉開距離。
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緊接著,飛船進(jìn)行第一次姿態(tài)調(diào)整,先水平旋轉(zhuǎn)90°,變成橫向飛行的狀態(tài)。這樣的好處就是在進(jìn)行軌道艙的分離時(shí)軌道艙不會(huì)碰撞到飛船,大大提高安全性。
完成軌道艙的分離后,飛船就剩下推進(jìn)艙和返回艙了,這個(gè)組合體還要繼續(xù)水平旋轉(zhuǎn)90°,完成旋轉(zhuǎn)后,飛船的飛行狀態(tài)就變成了推進(jìn)艙朝前、返回艙朝后,為制動(dòng)做準(zhǔn)備。
第二步就是進(jìn)行制動(dòng)減速。這時(shí)候飛船的推進(jìn)艙在前方,剛剛好就可以使用推進(jìn)艙的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后,飛船速度就會(huì)越來越慢,飛行高度也會(huì)越來越多,脫離原軌道,開始轉(zhuǎn)入返回軌道。
當(dāng)然,推進(jìn)艙的發(fā)動(dòng)機(jī)也不會(huì)一直持續(xù)進(jìn)行反推,畢竟飛船的燃料是有限的,完成初步的制動(dòng)減速后,發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)關(guān)閉,飛船會(huì)保持無動(dòng)力的狀態(tài)繼續(xù)下降高度,當(dāng)飛船推進(jìn)艙、返回艙組合體下降到大約145公里的高度時(shí),推進(jìn)艙任務(wù)也結(jié)束了,這時(shí)候推進(jìn)艙和返回艙進(jìn)行分離,推進(jìn)艙自己墜落大氣層燒毀。而飛船返回艙則繼續(xù)沿著飛行軌道返回地球。
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返回艙在下降的過程中,會(huì)不斷調(diào)整姿態(tài),再入大氣層的時(shí)候,飛船會(huì)調(diào)整為防熱大底朝前的姿態(tài),然后以最佳角度再入大氣層。
第三步就是再入大氣層。進(jìn)入大氣層的時(shí)候,飛船返回艙和地面的距離還有大約100公里,這時(shí)候飛船返回艙的速度還是非常快的,接近7公里每秒。
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在以這么快的速度進(jìn)入大氣層后,氣動(dòng)加熱效應(yīng)就會(huì)非常強(qiáng)烈,飛船外部溫度會(huì)飆升到1000多℃,整個(gè)飛船返回艙就像被熊熊大火包圍著。
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這個(gè)過程中飛船會(huì)不斷減速,高度也會(huì)不斷降低,空氣密度也會(huì)越來越大,在大約80公里到40公里的高度時(shí),飛船外部空氣電離會(huì)形成等離子鞘,導(dǎo)致飛船的無線電通信出現(xiàn)中斷,地面無法對(duì)飛船返回艙跟蹤,返回艙全自動(dòng)飛行。也就是進(jìn)入我們所說的“黑障區(qū)”。
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當(dāng)飛船高度突破大約40公里時(shí),這時(shí)候氣動(dòng)加熱效應(yīng)就不是很強(qiáng)烈了,飛船就會(huì)穿過“黑障區(qū)”再次恢復(fù)通訊。這時(shí)候飛船的速度已經(jīng)降低到了大約200米每秒,差不多就是720公里每小時(shí)。
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第四步就是進(jìn)行傘降。飛船在外太空制動(dòng)減速、進(jìn)入大氣層后氣動(dòng)減速,飛船速度可以從接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒降低到大約200米每秒,速度衰減是很明顯的,但是如果不繼續(xù)采取減速措施的話,飛船就沒法繼續(xù)降低飛行高度了。
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既然地球有濃密的大氣層,那可以借助空氣進(jìn)行減速,飛船返回艙的體積沒法改變,那就通過降落傘的方式增大飛船的阻力。像我們的神舟飛船的主傘面積就達(dá)到1200平方米,打開降落傘以后,飛船返回艙的飛行速度就能從接近200米每秒的速度降低到大約8米每秒。
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降落傘的減速效果也是非常明顯,然而,降落傘的減速始終都是有限的,不可能讓飛船實(shí)現(xiàn)懸停或者接近0米每秒的速度,降低到7-8米每秒的速度已經(jīng)是降落傘的極限了。
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如果直接讓飛船以大約8米每秒的速度進(jìn)行著陸的話,飛船的結(jié)構(gòu)其實(shí)是可以承受得住這樣的沖擊力的,但是這樣的沖擊力可能會(huì)對(duì)飛船內(nèi)的航天員產(chǎn)生一些影響。
所以,神舟飛船返回艙底部會(huì)有4臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī),在距離地面差不多還有1米時(shí)就會(huì)啟動(dòng)進(jìn)行最后的緩沖。這就是為什么神舟飛船返回艙在著陸瞬間底部會(huì)冒火光的原因,現(xiàn)場(chǎng)也是濃煙滾滾。
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雖然飛船返回艙底部有4臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行最后的緩沖,但是重返地球的過程中,這些發(fā)動(dòng)機(jī)都不能提前在高空啟動(dòng)進(jìn)行減速,因?yàn)樵诟呖帐褂眠@些反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速?zèng)]有效果,畢竟飛船返回艙攜帶的燃料很少,只足夠這些反推發(fā)動(dòng)機(jī)在著陸瞬間運(yùn)行一下而已。
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如果在高空就提前開啟了這些反推發(fā)動(dòng)機(jī)的話,飛船最后也還是會(huì)以7-8米每秒的速度進(jìn)行著陸。所以這些反推發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間是非常關(guān)鍵的,必須是在距離地面1-2米的高度時(shí)同時(shí)啟動(dòng)才行,不僅不能啟動(dòng)太早,也不能啟動(dòng)太晚,因?yàn)檫@時(shí)候飛船基本上就接觸地面了,啟動(dòng)時(shí)間再晚點(diǎn)的話,飛船就已經(jīng)到達(dá)地面了,這時(shí)候才啟動(dòng)反推發(fā)動(dòng)機(jī),可能會(huì)把已經(jīng)著陸到地面的飛船彈起來,可能會(huì)對(duì)航天員造成額外的傷害。
美國的載人龍飛船返回地球的過程其實(shí)也是差不多的,一樣是在空間站撤離后,先進(jìn)行艙段分離、制動(dòng)減速,緊接著降低飛行軌道高度再入大氣層,隨后進(jìn)行傘降減速,最后緩沖著陸。
美國載人龍飛船選擇在大海進(jìn)行濺落,海水本身就是很好的緩沖介質(zhì),所以他們的飛船就不需要反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行緩沖。這就是為什么我們的神舟飛船著陸的瞬間底部冒火光,美國飛船不會(huì)出現(xiàn)冒火光的原因。
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神舟飛船為什么落在陸地上
可能有一些網(wǎng)友好奇,神舟飛船返回艙在陸地進(jìn)行著陸需要反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行緩沖,萬一這些反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行緩沖的時(shí)候出現(xiàn)失誤怎么辦?為什么不能讓飛船直接濺落到大海,這樣就不需要依賴反推發(fā)動(dòng)機(jī)了。神舟飛船選擇在陸地進(jìn)行著陸,而不是在大海著陸,是不是我們的飛船沒法在大海著陸呢?
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其實(shí)不是的,我們的神舟飛船是能夠落在海上的。在發(fā)射升空的過程中,如果火箭出現(xiàn)問題,飛船需要進(jìn)行逃逸的話,逃逸的落區(qū)其實(shí)就是在海上。這就是為什么每次發(fā)射飛船的時(shí)候,都會(huì)有海上搜救力量待命,就是以防萬一在發(fā)射過程中出現(xiàn)突發(fā)情況,可以快速打撈濺落大海的飛船。
從技術(shù)的角度來看,我們的神舟飛船在大海濺落完全沒有問題,航天員在訓(xùn)練的時(shí)候也有這方面的訓(xùn)練。但是我們飛船都是在陸地進(jìn)行著陸,原因有多方面。
例如,東風(fēng)著陸場(chǎng)非常開闊平坦,現(xiàn)場(chǎng)保障措施也越來越齊備,可以對(duì)飛船進(jìn)行跟蹤,而如果在大海濺落的話,我國沿海附近的島嶼相對(duì)來說是比較密集的,很難找出一個(gè)比較大開闊區(qū)域給飛船濺落。
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