为什么“着陆”是载人航天中最难的技术,降落到底有多恐怖?

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话说平时坐飞机旅行时,在起飞和降落时,乘务员都会要求乘客系好安全带。那为什么会这样的呢?

飞机正常飞行时大多数是在平流层,相对来说是比较平稳的,极少会遇到波动,而在飞机起飞和降落时,气流等因素都会影响到飞机,因此,起飞和降落相对于飞行而言,危险系数更高。

着陆技术

在航天领域,载人航天技术中的难度系数最高的莫过于返回着陆技术了。飞船在进入大气层后,由于要把速度降下来,而地球有一层厚厚大气,在高速进入大气层后,大气层会与飞船表面发生摩擦,摩擦会产生超高温度。

如果不对温度进行控制,飞船最后就会被是烧毁,类似的事故其实就在历史上发生过,比如:哥伦比亚号由于意外事故导致隔热层被击穿,最后高温使得整架航天飞机解体。

那一般如何对温度进行控制的呢?

首先,飞船要调整好角度 ,如果是返回地球,那大概需要把返回的轨迹调整到与地面夹角成3度左右,这其实是为了调节到合适的摩擦强度。如果这个夹角太小,摩擦对于减速作用有限,飞船其实会类似于我们平时扔石子来“打水漂”一样,直接飞出,地球重新回到太空当中;如果这个夹角太大,摩擦就会过量,早成飞船的表面温度过高,最终烧坏飞船。

在飞船下落过程中,飞船表面的温度可以达到2000~3000度左右,一般材料根本无法承受这个温度,要知道铁的熔点也就是1538摄氏度。因此,飞船表面都会有隔热层,其中是耐高温的复合材料,在与大气层摩擦时,这些复合材料会直接升华。

这时候,超高温会在飞船表面形成一层等离子团,等离子团会影响到电磁波的传递,也就是说,在下落的过程中,等离子团会屏蔽掉信号,这就使得地面无法直接控制飞船,完全只能依靠飞船自动。我们也把这种处于“屏蔽信号”的状态称为“黑障”状态,而飞船所经过的这个区域也被称为黑障区。如果此时飞船内部有航天员的话,他会听到巨大的响声。

当飞船距离地面还有大概10km左右时,由于大气层对飞船摩擦减速的作用,飞船的速度会降到和声速差不多,然后飞船会打开一层层的降落伞,依靠这些降落伞对飞船进一步减速,在即将接近地面时,还会启动反推火箭来辅助减速,最终可以把速度减少到2m/s左右。

在这个过程中,任何一个环节出了问题,都有可能造成巨大的灾难。当然,还有一些环节出现的问题是直接造成落点不对,在早期航天技术刚发展时,一些宇航员常常落到距离原定地点几百公里外的地方,比如:人类史上第一位进入太空的宇航员加加林,他降落的地点是萨拉托夫州,整个地方与原定地点相距了400多公里。

所以,飞船降落的过程中充满着不确定性,而整个过程中最重要的就是利用大气层来对飞船进行减速,而不是加速进入到大气层中,加速进入到大气层中只会造成飞船被烧毁。

火星的“恐怖七分钟”

实际上,我们应该庆幸地球有一层厚厚的大气层,这一层大气的存在反倒让飞船返回地球变得相对简单一些。我们就拿火星来举例子,火星的大气非常稀薄,不到地球大气层的1%。如此稀薄的大气层对于飞船的减速能起到的效果很有限。

所以,飞船要降落到火星上的难度要远远比降落到地球上更难,尤其“如何减速”一直是科学家很头疼的问题,要从大概6000m/s最后减到零,加上此时地球和火星直接传输信息最快也有40多分钟,还存在着“黑障状态”的问题,而整个过程大概要7分钟以上,因此,整个降落过程也被称为恐怖七分钟。有很多飞船千里迢迢几亿公里来到火星,然后最后在降落时失败了,火星也因此拥有了一个名号:探测器坟场

总结

所以,即便不是在地球上,在其他的天体上,降落这件事情本身也是高难度的,而降落的核心就是把从超高速降为零,看似简单,实则充满太多的不确定性

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