中國航天取得巨大進步!神舟17號快速返回,比神舟12縮短19.5小時

資訊 4個月前 88166
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在神舟18號乘組成員前往空間站,從神舟17號手中接過有象征意義的“空間站鑰匙”後,便意味著神舟17號已經圓滿完成瞭空間站各項任務。

接下來,神舟17號乘組成員就開始為回傢做準備瞭,開始進入到驚心動魄的返回階段。在返回的時候不僅要經歷數千度的高溫,還要經歷幾個G的過載。

由於返回艙速度非常快,每秒達到7.8公裡,時速是28000公裡左右,想在短時間內把這麼快的速度降低到0,並不是一件容易的事情。

中國航天取得巨大進步!神舟17號快速返回,比神舟12縮短19.5小時

神舟17號比12號縮短瞭19.5個小時

除瞭以上的困難外,還有一件更加困難的事情,那就是要讓神舟17號飛船精準降落在預定位置。很難想象,如果在返回艙返回的階段,如果出現失誤,在返回艙著陸的時候,降落到國外瞭,不僅會讓技術外泄,而且還會成為國際笑柄。

上世紀70年代,我國第一顆返回式衛星從太空返回地球的時候,當時的要求非常簡單,不用降落到某個預定的著陸點,隻要降落在我國的國土上,就算成功。

從這可以看出,返回艙返回地面的時候,絕對不像表面上看到的那麼簡單。為瞭控制精度,所以,在返回艙返回地球的時候,會不斷地修正軌道,以達到精準降落的目標。

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也是因為這個原因,在神舟12號降落的時候,就耗費28.5個小時不斷地進行調整。返回艙不同於空間站,內部空間狹小,要三個航天員高度緊張的擠在一起超過1天時間。

這對已經在太空中待瞭6個月,身體本就虛弱的航天員來說,無疑是提高瞭更多的要求。讓航天員無論是在身體上、還是心理上,都面臨著巨大的挑戰。

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因此,如何安全並且精準降落,讓航天員在返回階段少受一點罪,就是一個擺在臺面上的現實問題瞭。

這次,神舟17號返回無疑是進步神速,實現瞭快速返回技術,整個返回時間大約9個小時左右,相比於神舟12號的28.5個小時,已經縮短瞭19.5個小時。

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那麼時間是如何縮短的,為何神舟17號和神舟12號在返回耗時上,相差這麼大呢?

返回需要尋找時間窗口

空間站距離地球地面是400公裡的高度,這個距離,即便是開車的話,也需要4個小時左右。理論上來說,如果以返回艙的速度,從400公裡高空逐漸降速,安全返回地面上,一個半小時就足夠瞭。

這種著陸回傢的方式雖然快,但卻無法保持精度,雖然可以到達地面,但是隨機性太強瞭,有可能到達軌道平面上的任何一處地方。

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實際上,在返回艙返回地球的過程中,其著陸時間耗時不需要多久,僅1個半小時左右就足夠瞭,之所以耗時這麼久,一個主要原因,就是尋找返回的“時機”。

這個時機可以理解為時間窗口,我們都知道前往火星有個窗口期,前往月球也有個窗口期,這個兩個窗口期的目的是為瞭節省燃料,以最小的代價前往這兩個星球。

同樣,返回地球的時候,也有個窗口期,但是與前往火星和月球是為瞭節省燃料不同,返回地面的窗口期目的,是為瞭提高精度,能夠精準的降落在著陸場之中。

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如何尋找降落“時機”呢?

在返回艙與中國空間站脫離的時候,其軌道傾角是41.5°左右。也就是在降落的過程中,會降落在這個夾角的任何地方。

而想要精準降落,就需要讓著陸點正好位於軌道平面下方,這就好比投籃的時候,必須在一條線上,才能讓籃球進框。

一般神舟飛船著陸點在東風著陸場,每當神舟飛船返回的時候,就是不斷的調整,讓其軌道平面經過東風著陸場。

由於神舟飛船速度非常快,時速超過瞭28000公裡,這個速度超過地球的自轉速度,大約90分鐘左右就可以繞一圈。

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所以,在調整的過程,就是不斷的圍繞地球繞圈的過程,神舟12號繞瞭18圈後,才調整好,尋找到時間窗口進行著陸。

實際上,從神舟13號開始,積累瞭上次神舟12號的經驗後,就開始采用瞭快速返回方式,繞行瞭11圈,耗時大約18個小時左右,就返回瞭地球。

由於積累的經驗越多,就越發的熟練,到神舟17號,隻繞行5圈,耗時7.5個小時,然後返回地面1個半小時,總計9個小時左右,就返回瞭地球。

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返回艙如何減速?

找到時間窗口後,就需要馬上進入大氣層,這個時候,就需要進行姿態和方向的調整瞭。

在返回的過程中,需要一個合適的角度,如果返回艙的角度太大,航天員會承受巨大的過載,將會對航天員的生命安全造成很大的威脅。

如果角度太小的話,此時返回艙速度太快瞭,就會像打水漂一樣漂走,永遠也返回不瞭地球瞭。經過計算,返回大氣層的夾角在3°左右最合適。

在進入大氣層後,由於返回艙與大氣層劇烈摩擦,艙外的溫度會達到數千攝氏度,航天員通過舷窗,可以看到窗外火花四濺。

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實際上,在這個過程中,一般有兩種控制方式,一種是無控式,就是沒有任何控制,讓其自然降落,另外一種是有控式,也就是返回艙具有一定的機動性,在減速的時候更加緩和,讓航天員返回過程中不用那麼難受,我國神舟飛船就是采用這種返回方式。

一直持續到距離地面10公裡左右,這個時候返回艙中的減速傘會打開,對返回艙進一步降低速度,把返回艙的速度從200米/秒,降低到90米/秒。

等下降到8公裡左右,這個時候就是主降落傘出場瞭,就是那個有著1200平方米的大降落傘,其把返回艙的速度從90米/秒降低到8米/秒。

當返回地面1米高度左右,返回艙的反推發動機點火,給返回艙施加一個向上的力,給返回艙一個緩沖,讓其速度降低到1米/秒左右,然後順利降落到地面上。

中國航天取得巨大進步!神舟17號快速返回,比神舟12縮短19.5小時

結語:

上世紀70年代,返衛星隻要是在960萬平方公裡土地內降落,就算成功降落。如今返回艙的降落距離可以控制在數公裡以內,可以看出取得瞭巨大進步。

這種進步不僅體現在距離上,也體現在時間上,從神舟12號28.5個小時,到如今神舟17號的9個小時,實際上,隨著航天技術進步,這個時間還以進一步縮短。

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從上世紀70年代就開展空間站技術的蘇聯,在幾十年間積攢瞭大量的經驗,繼承其航天技術的俄羅斯,在返回地球的時候,僅繞地球兩圈,就可以調整好,返回地球,耗時僅用4.5個小時左右,也就是說我們在這個方面還有進步空間。

如今神舟十七號已經安全返回地面,神舟十八號頂替瞭他們的任務,期待神舟十八號在空間站中一切順利,圓滿完成各項任務,半年後安全返回。

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