嫦娥六号探测器从月球背面带回的珍贵月壤样品,是月球背面月壤样品首次在国内展出。这些月壤样品不仅让我们对月球的地质构造有了更深入的了解,更为未来的月球探测任务提供了宝贵的参考。
而嫦娥六号探测器的返回器,则以其独特的“黑化”外观,引发了人们的广泛关注。
其实,不仅仅是嫦娥六号探测器的返回器,神舟载人飞船、俄罗斯联盟号、美国载人龙飞船以及猎户座飞船的返回舱,甚至是我国的实践十九号卫星,在返回地球的过程中,都经历了类似的“黑化”过程。
这些航天器在返回地球时,外部都呈现出不同程度的“变黑”现象,让人不禁对它们的返回过程产生了好奇。
那么,航天器返回地球时为什么会“变黑”呢?这背后又隐藏着怎样的奥秘呢?
以神舟十八号载人飞船为例,让我们来详细了解一下航天器返回地球的全过程。神舟十八号飞船在环绕地球飞行约7.5小时后,开始进入返回程序。首先,飞船需要进行制动减速,以降低飞行速度和高度。
在这一阶段,飞船会进行姿态调整,轨道舱与返回舱分离,随后推进舱发动机点火,通过反推力使飞船速度降低。
制动减速是返回过程中的关键一步。它不仅需要精确计算飞船的飞行速度和高度,还需要确保飞船在减速过程中保持稳定。
神舟十八号飞船在这一阶段表现出色,成功完成了制动减速任务,为后续的返回过程奠定了坚实基础。
接着,飞船进入自由滑行阶段。在这个阶段,飞船以无动力飞行的状态继续下降高度。当飞行高度降至约145公里时,返回舱与推进舱分离。返回舱继续返回地球,而推进舱则留在外太空,自行再入大气层时烧毁。
返回舱与推进舱的分离是返回过程中的又一关键步骤。它不仅需要确保返回舱能够顺利进入大气层,还需要避免推进舱对返回舱造成干扰。神舟十八号飞船在这一阶段同样表现出色,成功实现了返回舱与推进舱的分离。
此时,返回舱需要利用自身的发动机调整再入大气层的姿态角度。这个角度至关重要,因为如果角度过大,返回舱再入大气层时的速度将过快,可能导致航天员无法承受过载和高温;而如果角度过小,返回舱可能无法进入大气层,而是从边缘擦过。
神舟十八号飞船在这一阶段进行了精确的姿态调整,确保了返回舱以合适的角度再入大气层。
当返回舱高度降至约100公里时,它正式进入大气层。在这个阶段,返回舱遇到的空气阻力越来越大,气动加热效应导致外部温度急剧上升。部分位置的温度甚至可能超过1000℃,使得返回舱外部开始“变黑”。
气动加热效应是返回过程中的一大挑战。它不仅会考验返回舱的耐高温性能,还会对返回舱内部的航天员造成潜在威胁。然而,神舟十八号飞船的返回舱却经受住了这一考验。
它外部的烧蚀材料和隔热材料成功承受了高温灼烧,保护了返回舱不被烧毁。同时,返回舱内部的温度也保持在了舒适范围内,确保了航天员的安全。
随着高度的进一步降低,飞船会短暂进入黑障区,与地面失去联系。这是返回过程中的又一难关。在黑障区内,由于高温和电离层的干扰,飞船与地面的通讯会受到影响。
然而,神舟十八号飞船却成功应对了这一挑战。当高度降至约40公里时,飞船离开了黑障区,与地面的通讯也恢复了正常。
接下来是伞降阶段。当飞船返回舱下降到约10公里时,引导伞和减速伞相继打开。最后,面积巨大的主降落伞也打开了。这一系列的减速措施使得返回舱的速度逐渐降低至安全水平。
降落伞的打开是返回过程中的重要一环。它不仅需要确保返回舱能够平稳着陆,还需要避免对航天员造成过大的冲击。神舟十八号飞船的降落伞系统表现出色,成功实现了这一目标。
然而,仅靠降落伞减速还不够。在着陆阶段,返回舱还需要利用反推发动机进行最后的减速。当高度降至约1米时,返回舱底部的四台发动机同时启动,提供了向上的推力。
同时,返回舱底部的减震材料和飞船内座椅缓冲机构组成的减振系统也起到了一定的缓冲作用。最终,神舟十八号飞船成功着陆在了东风着陆场,航天员们也安全出舱。
从神舟十八号飞船返回地球的过程中,我们可以看到航天器返航时的复杂性和惊心动魄。外部的高温灼烧是导致航天器“变黑”的主要原因。而对于从月球轨道返回的航天器来说,如嫦娥六号探测器,其速度更快、气动加热效应更强、外部温度更高。因此,它们需要更加先进的烧蚀材料和隔热材料来保护返回舱不被烧毁。
其实,除了神舟十八号和嫦娥六号探测器外,我国还有很多其他的航天器也经历了类似的返回过程。
比如,我国的实践二十号卫星在返回地球时,同样经历了高温灼烧和“变黑”的过程。这些航天器的成功返回,不仅验证了我国航天技术的先进性,也为未来的航天任务提供了宝贵的经验。
说到这里,我们不得不提一下美国的载人龙飞船和俄罗斯的联盟号载人飞船。这两艘飞船在返回地球时,也经历了类似的高温灼烧和“变黑”的过程。然而,它们却凭借先进的烧蚀材料和隔热材料,成功保护了返回舱和航天员的安全。这再次证明了航天技术在保护航天员安全方面的重要性。