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温度高达上千℃!王亚平谈返回地球过程:舷窗外烧得噼里啪啦响

目前在外太空飞行的空间站有2个,其中一个是由16个国家参与建造、运营的国际空间站,还有一个就是我们国家正在建造的空间站。虽然参与国家的情况不同,但是这两个空间站的建造过程是比较相似的,都是分别将不同的舱段发射升空,然后在近地轨道进行交会对接,完成在轨建造工作,在完成建造工作以后就会投入运营阶段。我国空间站建造分为关键技术验证和建造两个阶段实施,每个阶段都规划了6次飞行任务,其中关键技术验证阶段的主要目标包括全面突破空间站建造和运营关键技术。

自第一个舱段天和号核心舱在去年发射升空以来,天和号核心舱先后与天舟二号货运飞船、神舟十二号载人飞船、天舟三号货运飞船、神舟十三号载人飞船交会对接,先后迎来了2批航天员。其中神舟十三号飞船是关键技术验证阶段的最后一次飞行任务,在轨飞行时间长达6个月,翟志刚、王亚平、叶光富出色地完成了既定的各种任务,在2022年4月16日凯旋归来。

在神舟十三号飞船返回之前,相信大家都在关注神舟十三号飞船的动态,包括航天员在返回之前打包行李,包括神舟十三号飞船从空间站撤离,包括神舟十三号飞船再入大气层后着陆到地面。从现场拍摄到的照片,我们可以看得到返回舱外部有一些区域被烧得“黑不溜秋”,甚至有点“面目全非”的感觉,这是怎么回事?飞船在返回的时候遭遇到了什么?

王亚平在接受采访的时候,就曾经说到飞船返回地球的过程,当时她从飞船返回舱的舷窗口看到外部烧得通红的舷窗,而且舷窗外部还会有那种烧得噼里啪啦响的声音,就像西游记里孙悟空在太上老君的炼丹炉里的那种感觉。从一些模拟的画面,我们也可以看得到这些飞船在返回地球的时候就像是一个燃烧起来的熊熊火球。这很奇怪,同样是穿过大气层,这些飞船在发射的时候为什么不会燃烧,在返回地球的时候却燃烧得这么剧烈呢?

飞船返回的时候为什么会燃烧

随手抛出一个物体,这个物体很快就会掉下来,这是因为受到了地球引力的原因,抛出的物体没法离开地球,只能落下来。当然,如果我们抛出的物体速度足够快,达到地球的第一宇宙速度时就会摆脱地球的引力束缚不会掉下来。飞船就是这样的情况,在近地轨道飞行的飞船速度非常快,由于飞船的高度在几百公里,所以它的速度不需要达到第一宇宙速度,但也很接近这个速度。

在太空飞行时,神舟十三号飞船与空间站核心舱对接着,所以当它返回地球的时候,第一步就是要从空间站撤离。从空间站撤离以后,飞船还不能直接返回地球,需要在恰当的时机进行姿态的调整,还需要抛掉轨道舱,返回舱-推进舱组合体继续飞行,在恰当的时机推进舱的发动机点火进行制动,把飞船的速度降低。随着飞船速度的夏季,轨道高度也会随之下降,进入到返回轨道,下降到一定的高度时,推进舱也会被抛掉,这时候只有返回舱会再入大气层返回地球,而航天员就是乘坐这个返回舱返回地球的。

虽然飞船返回舱再入大气层的过程好像是掉下来那么简单,但是这个过程也很复杂,如果飞船返回舱再入大气层的角度太小就会被大气层弹出去,如果再入大气层的角度过大就会导致返回舱的速度过快,返回舱外部的温度就会过高,可能会直接把返回舱烧毁。

虽然前期飞船的推进舱进行了制动减速,但是再入大气层时的速度还是很快,高速进入大气层以后,飞船前方的空气就会被强烈压缩,在气动加热效应的作用下,飞船返回舱周围的空气温度急剧上升,可以达到上千℃。如果返回时的速度更快,温度会更高,例如之前嫦娥五号探测器完成了月球取样以后,返回器带着样本从月球附近飞回地球时的速度达到了地球的第二宇宙速度11.2公里每秒,再入大气层时的温度接近3000℃。

温度这么高,一般的材料会直接烧毁或者融化。像之前的天舟二号货运飞船以及其他的卫星在再入大气层以后,都是直接在大气层中烧毁,化为灰烬的。载人飞船的情况就不同,因为载人飞船搭载了航天员,需要把航天员安全送回地球。所以为了保护飞船返回舱内的航天员,飞船返回舱外部就会涂有一些防热材料、烧蚀材料。当搭载航天员的返回舱进入大气层高温烧蚀以后,这些防热材料、烧蚀材料就会自行脱落,同时也会带走热量,起到保护返回舱的作用。所以返回舱内的航天员透过舷窗会看到返回舱的外部烧得通红,还会有噼里啪啦的声音。这些噼里啪啦的声音并不是返回舱损坏了,而是这些烧蚀材料脱落产生的。虽然返回舱外部的温度高达上千摄氏度,但是内部的温度却非常适宜,非常安全,这就是返回舱保护的效果,大家不需要担心。

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