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神舟飞船在1米高度处,点火反推,是如何做到的?美国为何不用?

中美飞船降落,有两点不同

第一个是降落伞是群伞还是单伞

第二个是降落是否使用反推发动机

我们先回答第一个问题,就会明白第二个问题!

不知道大家发现了没有,每次中国神舟飞船返回舱降落时,用的都是一个红白相间的单一降落伞。

而反观美国,基本上都是三个群伞。

有人就会想,如果只用一个降落伞,万一没有打开,那是不是就得垂直砸到地面上?

而美国的返回舱用三个伞,即便一个伞没有打开,还有其他伞可以支撑。

事实上,用不用“群伞”完全取决于返回舱的重量。

我国的神舟飞船返回舱重量一般在3吨左右,而美国的阿波罗返回舱重量一般达到7吨。而SpaceX的龙飞船返回舱重量甚至能达到10吨。

越重的返回舱对降落伞的要求就越苛刻。

降落伞的迎风面积越大,减速效果越好,我国自制的航天降落伞采用超高分子聚乙烯纤维材料。展开面积足足1200平米,相当于三个篮球场,这也是世界上最大的单伞。

即便是世界上最大的单降落伞,也只能确保将3吨的返回舱从100m/s速度降至6m/s。

如果返回舱重量太大,单个降落伞的展开面积就得增加,这并不是单纯增加材料的问题。如果降落伞的拖曳绳越多,那么就会增加相互缠绕的风险。

所以一般重量超过5吨的返回舱,就不再使用单伞,而是采用群伞的组合增加迎风面积。这其实并没有太高的技术要求,只是我国的返回舱重量远不足以使用群伞。

未来我国空间站进驻宇航员数量会不断增加,飞船单程载人数量会提升,这也就意味着返回舱的重量会加大。到时候肯定会采用群伞的模式。

事实上,降落到海上和陆地上没有多大的差别。美国是海洋霸主,全球所有海域都是舰船部署,在海上打捞返回舱就极其便利。即便落地点偏差上千公里,美国都可以快速部署船只打捞。

我国目前还做不到这一点,如果着陆点出现偏差,落到别国海域,那打捞起来就牵扯外交问题,处理起来十分棘手。

事实上,返回舱落到海洋有一个很大的好处,那就是返回舱设计不必增加反推器。

而落到陆地,就必须在返回舱上设计一个反推装置。

我们注意观察神舟返回舱落地的瞬间,会发现返回舱底部迸出剧烈的火花。

很多人还误以为是由于降落速度太快,砸到地面上引起的爆炸。其实这正是反推发动机工作了。

我们知道返回舱从太空降落需要经过三次降速

返回舱在和空间站分离时,其速度略低于第一宇宙速度,大约为7.6km/s。

然后返回舱不断降速降轨,直到速度不能维持在绕地线速度时,就会瞬间坠入大气层。

这时候返回舱就会以几公里的秒速和大气层剧烈摩擦,在返回舱周围形成等离子群,导致通信中断。这个过程一般只能维持五分钟。

经过和大气层的剧烈摩擦和降速后,返回舱在距离地面10公里的高度时,其速度可以减至200m/s。

这个时候就需要打开降落伞,开启第二次降速。

虽然返回舱主降落伞结构性很强,但是也并不敢贸然打开,毕竟飞船在经过大气层的减速之后,速度依旧高达200m/s,风力十分强,这时候打开主伞的话,就有可能在强风的作用下,造成伞绳缠绕。

所以在打开主伞之前,必须先打开引导伞,在几秒内,引导伞就可以将返回舱的速度减至100m/s。

这时候再打开主伞,就安全多了!主伞打开后,返回舱的速度可以骤降至6~8m/s。

事实上,6m/s的速度已经很慢了,但是以这样的速度砸到地面却是不敢想象的。所以在落地之前,返回舱必须再次减速。

这时候就要用到反推发动机了。反推发动机最核心的技术就是伽马探测仪。

伽马探测仪在落地之前会不断朝地面发射伽马粒子流,通过反射到探测仪的粒子流密度确定距地高度,最后要确保在距离地面一米的高度时启动反推器。

之所以要用伽马粒子,而不是激光或者其他电磁波,是因为伽马粒子频率极高,反射性极强,如果采用其他电磁波,那么光子达到地面时,绝大部分就会被吸收,或者漫反射到其他方向,探测仪就很难再次接收到反射回来的电磁波。

事实上,在返回舱距离地面还有10米的时候,伽马探测仪就开始工作了,这时候会不断发射伽马粒子,距离地面越近,反射回来的伽马粒子流密度越大,通过接收到的伽马粒子流密度就可以确定距地高度。

到距离地面1米的时候,反推器点火,返回舱速度可以则从6m/s骤降到2m/s。随后,返回舱才能安全着陆!

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