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神舟13号成功返回地球,外表烧得漆黑,火箭发射为啥不会烧黑?

2023-06-08 13:42:05TONY杂谈127

北京时间4月16日09时56分,神舟十三号载人飞返回舱成功降落在东风着陆场,经现场医护人员确认后,翟志刚、王亚平、叶光富三名宇航员身体状态良好,本次神舟十三号载人飞行取得了圆满成功。

在离开地球的六个月里,神舟十三号机组成员创造了多项中国航天记录:

神舟飞船首次太空径向交会对接

中国连续在轨运行时长纪录

首次使用快速返回技术

以上这些既是中国航天的里程碑,也意味着中国在星辰大海路上又前进了一大步。

而从太空中到重回祖国怀抱的过程中也有许多艰难险阻,但好在神舟十三号经受住了考验,安全地带回了三名宇航员。

从现场传回来的图像我们可以看到,神州十三号的外壳有明显的灼烧痕迹,黄色的外壳下有些地方已经发黑,隔热瓦有些也已经脱落,这说明在返回地球的过程中它经历了剧烈的高温燃烧,也说明了我国材料技术的过硬。

但问题来了

为什么降落时飞船会燃烧发黑,发射时却不会呢?

毕竟从速度上来看,洁白无瑕的火箭外表在经历每秒数公里的高速飞行时,同样会与地球大气产生摩擦,效果和飞船返回舱高速返回时的情形并无本质区别,为什么发射不会烧黑,返回却会烧黑呢?

这就要探寻一下燃烧的本质了

原来飞船的燃烧并不同于我们常见的燃烧现象,它其实是飞船在以极高的速度穿过大气层时发生的气动加热现象可,也就是当飞船在空气中高速穿行时,飞船前端的空气来不及向周围扩散,于是就被剧烈的压缩并因此产生大量的热能。

此时的飞船表面温度迅速上升至上千摄氏度,远远看起来就像飞船燃烧起来变成了火球。

在长征二号F遥十三火箭发射神舟十三号的时候,它起飞重量达到了497吨,但因为地表附近的空气密度很高,具有很强的阻力,所以火箭在大气层内飞行时速度并不快,气动加热现象并不明显,再加上火箭表面通常还有整流罩,所以气动加热效应对处于上升期的火箭影响并不是很大。

而飞船准备返回地球时,首先会与空间站进行分离,分离后飞船进行第一次姿态调整,再分离轨道舱,然后带着返回-推进舱继续前进。

由于本次神舟十三号采用了快速返回技术,所以只用绕地球五圈就可以找到返回时机了,进行二次调姿后发动机就会点火制动,降低飞船速度并脱离原有轨道。

这时飞船开始从400公里高的轨道高度下降至145公里左右,然后再次进行姿态调整并分离推进舱,返回舱带着宇航员们继续下降。

由于此时的速度可高达每秒8公里,所以飞船前端的空气来不及向周围扩散,就会被剧烈的压缩从而产生巨大的气动加热效应,这就导致返回舱的表面会迅速升温至上千度。

不过在返回舱表面是特制蜂窝状防热材料的帮助下,三名航天员所在的舱内温度其实只有30度,航天员们不会有不适的感觉,有趣的是:杨利伟当年从太空回来时,由于是第一次从太空返回地球,所以在听到隔热瓦脱落碎裂的声音后以为是返回舱要碎了,惊出了一身冷汗。

回到此次的神舟十三号上来,当隔热瓦充分吸热后,返回舱的高速也就到达了10公里左右,此时返回舱的速度已经下降至200米每秒,降落伞这时也会因为空气密度增高而逐渐打开,辅助返回舱进一步减速到3.5米每秒。

最终在距离地面1.2米的时候,返回舱会启动反推火箭彻底把速度降到0,这也意味着返回舱正式从400公里的太空安全回到大地上了。

至于降落伞为啥不在一开始就打开,是因为地球的大气并不是均匀分布的,而是距离地球表面越近,空气密度就越高。

随着高度的增加,空气密度也会呈指数级下降,在地球表面厚度约为12公里的对流层中,就包含了地球75%的大气质量,到了100公里左右高度的大气层,空气密度仅为海平面的220万分之一,所以降落伞在大气层边缘根本起不到减速的作用

总而言之

在目前的技术水平限制下,降落伞和落地之前的反推火箭就是最实用的装置了,未来也许会有更先进的装置,比如反重力。

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