您当前的位置: 首页 >  博客资讯

为什么飞船返回舱要用降落伞着陆呢?

中国空间站三位首批访客圆满完成任务,他们搭乘神舟十二号返回舱返回地球,于17号下午13点47分成功在东风着陆场着陆。

这里有一个小插曲,东风着陆场其实一直是作为备用着陆场在使用的,这是神舟号飞船第一次使用这个着陆场着陆,而之前所有的神舟号飞船都是在蒙古四子王旗着陆场着陆。

之所以这次要换成东风着陆场,是因为这里比四子王旗着陆场更适合以后更加频繁的飞船着陆,这是神舟号非常在东风着陆场的第一次,而以后这里将变成中国唯一的飞船着陆场。

图注:神舟十二号降落瞬间

四子王旗着陆场是草原,每次着陆都有可能造成经济损失,影响牧民生活,而东风着陆场是广阔的戈壁滩,荒无人烟,怎么着陆都不会影响公众生活。

而且,还实现了飞船从哪里起飞就在哪里着陆,这样可以减少许多人员的配备,因为一些施救人员不可能两边跑。

虽然,东风着陆场地势确实比四子王旗着陆场复杂许多,但是现在科技的进步,让这些复杂地形已经基本不会影响工作人员实施救援工作了。

说到我们的科技,既然我们的科技已经这么发达了,为什么每次飞船着陆还都要用降落伞呢?为什么没有像科幻作品中那样随时随地的降落呢?

为什么使用降落伞?

如果不用降落伞,可以利用反推发动机来减速(就像科幻电影里一样),现在一般在返回舱距离地面1米的样子会启动发动机来反推做进一步减速。

以现在的科技要全程实现这一点,我个人认为是问题不大的,因为这并不是什么特别高技术含量的东西――就是一个利用反推来减速而已。

但是这需要很多钱,很多燃料,这是它没有被使用的原因。

而利用大气层来让飞船减速――也就是着陆的最后阶段用降落伞,这是免费的,至少可以为返回舱节省掉一节火箭燃料的钱,而且还可以让火箭发射时更轻――这也是钱。

要知道把每公斤东西送上地球轨道,根据高度和火箭的不同,那都是要数千到数万美元,航天员都要为此保持体重才行。

虽然,使用降落伞着陆看着有点“low”,但实际上它可能比用发动机反推减速来得更复杂,更具有技术含量。

事实上,世界上两家顶级的航天技术公司――SpaceX 和波音,都多次栽倒在航天器的降落伞上,他们降落伞的测试也基本都是失败多于成功。

飞船降落伞的使用

当飞船返回地球的时候,它的速度需要从第一宇宙速度(7.9千米/秒)逐渐下降,在进入大气层时,飞船会被大气快速减速,这个被称作再入大气层阶段。

在这个阶段飞船底部会因为摩擦加热到2000摄氏度以上,而且由于被等离子体包围,飞船会通讯中断,这个就是所谓的“黑障区”。

大约在距离地面40公里的样子,飞船可以和地面重新建立通讯,并继续减速,而到了10公里的样子才会开始使用降落伞。

很多人可能好奇,为什么是10公里才打开降落伞呢?

其实原因很简单,10公里以上飞船的速度还太快了,如果冒险打开降落伞,一来它可能会直接被烧毁,二来它瞬间减速造成的缓冲力可能给航天员造成伤害。

10公里的时候,飞船的速度是相对合理的,而且降落伞的减速正好可以到达地面。

打开降落伞也是非常讲究的,一般情况下在10公里的时候打开伞舱盖,并抛弃被加热的不成样的隔热罩。

然后,依次打开引导伞、减速伞、主降落伞,之所以要这样一步步来也是为了不让航天员因过快减速受伤。

以这次神舟十二号返回舱为例,引导伞将其速度缓慢下降到200米每秒,然后减速伞将其下降到70米每秒,并稳定了返回舱。

之后就是主降落伞打开,这个降落伞非常巨大,足足有1200平米(神舟飞船的返回舱重量是3吨左右,如果再重的话,这个伞还要大。),它将飞船一直降速到6米每秒,一直使用到距离地面1米处。

最后才启动发动机反推,将飞船最后降速到3米每秒,并落地以确保航天员受到冲击力不是很大。

飞船从7.9公里每秒下降到0,就最后这样使用一下燃料,这就是使用降落伞的原因。

图注:飞船落伞很大,返回舱着陆需要及时切断,不然会拖动返回舱

降落伞的技术要求有多高?

降落伞的概念其实可以追溯到500多年前,达芬奇在他的一本笔记本描述了一个由木杆和亚麻皮组成的金字塔形状的人类高处降落工具。

但是要把它应用到现代飞船中,特别是载人飞船中,是非常难得,它不像人类跳伞那样简单减速就好了,它更具空气动力学特性,而且无法用计算机模拟。

因为大气在不同高度,每一秒的表现都是不同的,而且遇到湍流和动态气流根本无法预测。

图注:神八返回舱

所以从打开到降落的所有可能都要考虑进去,这就是为什么那些大的航天公司很难完成这一点的原因。

还有材料上要求也非常高,别看神舟十二号飞船的主降落伞打开那么大,但折叠起来只有90公斤左右。

而且这个折叠工作需要专门的人员完成,在美国的阿波罗计划中,整个NASA工作人员只有三个人有资格折叠飞船降落伞,因为降落伞的设计包含了太多知识点。

最后

总之,别把飞船的着陆和跳伞相提并论,飞船的降落伞的设计涉及到的东西很多,而且非常复杂,所以它并不low,相反它很高大上。

中国这次三位宇航员圆满完成任务,赶上回家过中秋,这对于中国航天而言,我们已经真正开启空间站的时代,所有关于空间站的技术都能独立完成。

而以后的“上天”的频率会很高,让我们拭目以待吧!