取得巨大进步!神舟17号只用9小时,为何神舟12号却用28.5小时?

5楼的男人 2024-04-30 21:49:58

在神舟18号乘组成员前往空间站,从神舟17号手中接过有象征意义的“空间站钥匙”后,便意味着神舟17号已经圆满完成了空间站各项任务。

接下来,神舟17号乘组成员就开始为回家做准备了,开始进入到惊心动魄的返回阶段。在返回的时候不仅要经历数千度的高温,还要经历几个G的过载。

由于返回舱速度非常快,每秒达到7.8公里,时速是28000公里左右,想在短时间内把这么快的速度降低到0,并不是一件容易的事情。

神舟17号比12号缩短了19.5个小时

除了以上的困难外,还有一件更加困难的事情,那就是要让神舟17号飞船精准降落在预定位置。很难想象,如果在返回舱返回的阶段,如果出现失误,在返回舱着陆的时候,降落到国外了,不仅会让技术外泄,而且还会成为国际笑柄。

上世纪70年代,我国第一颗返回式卫星从太空返回地球的时候,当时的要求非常简单,不用降落到某个预定的着陆点,只要降落在我国的国土上,就算成功。

从这可以看出,返回舱返回地面的时候,绝对不像表面上看到的那么简单。为了控制精度,所以,在返回舱返回地球的时候,会不断地修正轨道,以达到精准降落的目标。

也是因为这个原因,在神舟12号降落的时候,就耗费28.5个小时不断地进行调整。返回舱不同于空间站,内部空间狭小,要三个航天员高度紧张的挤在一起超过1天时间。

这对已经在太空中待了6个月,身体本就虚弱的航天员来说,无疑是提高了更多的要求。让航天员无论是在身体上、还是心理上,都面临着巨大的挑战。

因此,如何安全并且精准降落,让航天员在返回阶段少受一点罪,就是一个摆在台面上的现实问题了。

这次,神舟17号返回无疑是进步神速,实现了快速返回技术,整个返回时间大约9个小时左右,相比于神舟12号的28.5个小时,已经缩短了19.5个小时。

那么时间是如何缩短的,为何神舟17号和神舟12号在返回耗时上,相差这么大呢?

返回需要寻找时间窗口

空间站距离地球地面是400公里的高度,这个距离,即便是开车的话,也需要4个小时左右。理论上来说,如果以返回舱的速度,从400公里高空逐渐降速,安全返回地面上,一个半小时就足够了。

这种着陆回家的方式虽然快,但却无法保持精度,虽然可以到达地面,但是随机性太强了,有可能到达轨道平面上的任何一处地方。

实际上,在返回舱返回地球的过程中,其着陆时间耗时不需要多久,仅1个半小时左右就足够了,之所以耗时这么久,一个主要原因,就是寻找返回的“时机”。

这个时机可以理解为时间窗口,我们都知道前往火星有个窗口期,前往月球也有个窗口期,这个两个窗口期的目的是为了节省燃料,以最小的代价前往这两个星球。

同样,返回地球的时候,也有个窗口期,但是与前往火星和月球是为了节省燃料不同,返回地面的窗口期目的,是为了提高精度,能够精准的降落在着陆场之中。

如何寻找降落“时机”呢?

在返回舱与中国空间站脱离的时候,其轨道倾角是41.5°左右。也就是在降落的过程中,会降落在这个夹角的任何地方。

而想要精准降落,就需要让着陆点正好位于轨道平面下方,这就好比投篮的时候,必须在一条线上,才能让篮球进框。

一般神舟飞船着陆点在东风着陆场,每当神舟飞船返回的时候,就是不断的调整,让其轨道平面经过东风着陆场。

由于神舟飞船速度非常快,时速超过了28000公里,这个速度超过地球的自转速度,大约90分钟左右就可以绕一圈。

所以,在调整的过程,就是不断的围绕地球绕圈的过程,神舟12号绕了18圈后,才调整好,寻找到时间窗口进行着陆。

实际上,从神舟13号开始,积累了上次神舟12号的经验后,就开始采用了快速返回方式,绕行了11圈,耗时大约18个小时左右,就返回了地球。

由于积累的经验越多,就越发的熟练,到神舟17号,只绕行5圈,耗时7.5个小时,然后返回地面1个半小时,总计9个小时左右,就返回了地球。

返回舱如何减速?

找到时间窗口后,就需要马上进入大气层,这个时候,就需要进行姿态和方向的调整了。

在返回的过程中,需要一个合适的角度,如果返回舱的角度太大,航天员会承受巨大的过载,将会对航天员的生命安全造成很大的威胁。

如果角度太小的话,此时返回舱速度太快了,就会像打水漂一样漂走,永远也返回不了地球了。经过计算,返回大气层的夹角在3°左右最合适。

在进入大气层后,由于返回舱与大气层剧烈摩擦,舱外的温度会达到数千摄氏度,航天员通过舷窗,可以看到窗外火花四溅。

实际上,在这个过程中,一般有两种控制方式,一种是无控式,就是没有任何控制,让其自然降落,另外一种是有控式,也就是返回舱具有一定的机动性,在减速的时候更加缓和,让航天员返回过程中不用那么难受,我国神舟飞船就是采用这种返回方式。

一直持续到距离地面10公里左右,这个时候返回舱中的减速伞会打开,对返回舱进一步降低速度,把返回舱的速度从200米/秒,降低到90米/秒。

等下降到8公里左右,这个时候就是主降落伞出场了,就是那个有着1200平方米的大降落伞,其把返回舱的速度从90米/秒降低到8米/秒。

当返回地面1米高度左右,返回舱的反推发动机点火,给返回舱施加一个向上的力,给返回舱一个缓冲,让其速度降低到1米/秒左右,然后顺利降落到地面上。

结语:

上世纪70年代,返卫星只要是在960万平方公里土地内降落,就算成功降落。如今返回舱的降落距离可以控制在数公里以内,可以看出取得了巨大进步。

这种进步不仅体现在距离上,也体现在时间上,从神舟12号28.5个小时,到如今神舟17号的9个小时,实际上,随着航天技术进步,这个时间还以进一步缩短。

从上世纪70年代就开展空间站技术的苏联,在几十年间积攒了大量的经验,继承其航天技术的俄罗斯,在返回地球的时候,仅绕地球两圈,就可以调整好,返回地球,耗时仅用4.5个小时左右,也就是说我们在这个方面还有进步空间。

如今神舟十七号已经安全返回地面,神舟十八号顶替了他们的任务,期待神舟十八号在空间站中一切顺利,圆满完成各项任务,半年后安全返回。

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