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【前言】
2024年11月4日,神舟十八号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,宛如一颗璀璨的“火流星”划过天际。
叶光富、李聪、李广苏三位航天员安全返回地球,为期六个月的太空之旅画上了圆满的句号。
然而当我们欣喜地看到返回舱稳稳降落时,神舟十八号不是由三个舱段组成的吗?为什么只有一个返回舱回来了?另外两个舱段去哪里了?
【太空之舟的三重奏】
神舟十八号载人飞船,就像一艘精心设计的太空方舟,由三个关键舱段构成:返回舱、轨道舱和推进舱,这三个舱段各司其职,共同完成复杂的太空任务。
返回舱,它是整个飞船的“心脏”,也是航天员的主要生活区域,返回舱内部空间虽然不大,但设计精巧,配备了生命支持系统、控制系统和通信系统等重要设备。
航天员们在这个不到6立方米的空间里,度过了发射升空和返回地球的关键时刻。
返回舱的外形酷似一个倒置的大钟,这种独特的设计是为了确保在重返大气层时能够承受极端高温,保护舱内的航天员安全。
轨道舱则像是飞船的“客厅”,它不仅为航天员提供了更多的活动空间,还承担着与空间站对接的重要任务。
轨道舱的前端装有对接机构,能够精准地与天和核心舱的对接口完成对接,这个过程就像是在太空中进行的一场精确到毫米的“太空之吻”。
轨道舱还配备了太阳能帆板,为整个飞船提供电力支持,确保各系统正常运转。
推进舱是飞船的“动力之源”,它装载了主发动机和姿态控制发动机,负责飞船在太空中的机动和姿态调整。
推进舱的燃料系统精确控制,能够根据不同阶段的需求提供适量推力,无论是轨道调整还是返回地球,都离不开它的"推动"。
这三个舱段通过复杂的机械和电子系统紧密连接,形成一个有机整体。
在发射升空时,它们共同承受巨大的推力和振动;在太空飞行中,它们协同工作,保障航天员的生命安全和任务执行;在与空间站对接时,它们精准配合,完成毫厘不差的对接操作。
当任务结束,是时候返回地球时,这个看似不可分割的整体却要经历一次“分家”,为什么要分离?如何分离?
【分离的艺术与科技】
当神舟十八号完成在天宫空间站的各项任务后,返回地球的序幕即将拉开。
这时,我们熟悉的“三位一体”飞船将上演一场精心编排的“分离大戏”,这不仅是航天技术的精湛表演,更是确保航天员安全返回的关键一步。
中国航天科技工作者们为神舟系列飞船设计了“五圈快速返回方案”,这个方案听起来简单,实则蕴含着深厚的技术积累。
“五圈”指的是飞船绕地球五圈后返回,“快速”则体现在整个过程仅需约9小时。
这种返回方式不仅缩短了航天员在太空中的额外暴露时间,还能让他们在白天着陆,大大提高了搜救效率。
在返回过程中,飞船的三个舱段将依次分离,首先是轨道舱,它在完成与空间站的分离后,会与返回舱和推进舱一起飞行一段时间。
当飞船降至预定轨道高度时,轨道舱会与其他两个舱段分离,这个看似简单的分离过程,实际上涉及复杂的力学计算和精确的控制。
分离时机的选择、分离速度的控制,都直接关系到后续返回过程的安全性。
紧接着,返回舱与推进舱也会进行分离,这个阶段更为关键,因为它直接影响返回舱能否安全穿越大气层。
推进舱在完成最后的姿态调整后,会与返回舱分离,这个分离过程必须精确到秒,角度误差不能超过0.5度。
如此严格的要求,目的就是确保返回舱能以最佳姿态和速度进入大气层。
在整个分离过程中,北斗卫星导航系统扮演着“幕后英雄”的角色,它不仅为飞船提供精确的位置信息,还通过地面站实时监测飞船的轨道和姿态。
这些数据经过快速处理后,会及时传回飞船,指导自动控制系统进行微调,同时,地面指挥中心也在通过北斗系统与飞船保持通信联系,随时掌握飞行状态。
值得一提的是,轨道舱和推进舱在完成使命后并非就此“功成身退”,它们会继续在太空中飞行一段时间,科研人员会利用这个机会进行一些额外的科学实验或技术验证。
最终,这两个舱段会在地面控制下,按照预定轨道坠入大气层,在南太平洋预定区域安全销毁,这种处理方式既避免了太空垃圾的产生,又最大限度地利用了宝贵的航天资源。
当轨道舱和推进舱完成它们的使命后,返回舱独自承担起将航天员安全带回地球的重任,然而,最艰难的挑战才刚刚开始。
返回舱如何在穿越大气层时抵御高达数千度的高温?如何精准控制着陆地点?航天员的安全又是如何得到保障的?
【返回舱的生命守护】
返回舱独自飞行的旅程,是整个太空任务中最惊心动魄的阶段。
它不仅要经受极端环境的考验,还要确保航天员安全返回地球,这个看似简单的过程,凝聚了中国航天人数十年的智慧和心血。
当返回舱开始重返大气层时,首先面临的是高温考验,由于大气摩擦,舱体外表温度会迅速升至2000度以上。
为了应对这一挑战,返回舱采用了特殊的隔热防护设计,舱体表面覆盖着一层由碳纤维复合材料制成的防热层,这种材料在高温下会缓慢烧蚀,带走大量热量。
同时,返回舱的钝头体型设计也能在舱体前方形成一个缓冲气层,进一步降低直接热传导。
在穿越大气层的过程中,返回舱还要经历剧烈的减速,从近7公里每秒的初始速度降至着陆时的安全速度,这个过程产生的过载力相当惊人。
为了保护航天员,返回舱内部设计了特殊的缓冲系统,航天员的座椅采用了先进的减震装置,能够有效吸收冲击力,同时,座椅的方向也经过精心设计,让航天员能以最适合人体承受的方式经受过载。
当返回舱降至距地面约10公里时,降落伞系统开始工作,这套系统包括引导伞、减速伞和主伞,它们会依次展开,将返回舱的速度逐步降低到安全范围。
特别是直径达到近1000平方米的主伞,能确保返回舱最终以不超过每秒8米的速度着陆,在这个过程中,返回舱还会释放雷达信标,帮助搜救人员精确定位。
着陆前的最后时刻,返回舱底部的着陆缓冲系统会启动,这个系统包括反推发动机和蜂窝状缓冲结构,能够进一步减小着陆冲击。
即使在复杂地形条件下,也能确保航天员安全着陆,整个着陆过程都在地面搜救力量的密切配合下进行,他们随时准备为航天员提供必要的援助。
【结语】
神舟载人飞船的三舱段设计,返回舱守护生命,轨道舱连接太空,推进舱提供动力,三者相互配合、默契协作,共同完成着载人航天的使命。
这不仅体现了中国航天工程师们精益求精的专业精神,更展示了中国航天始终将航天员生命安全放在首位的价值追求。
随着中国载人航天技术的不断进步,未来会有更多创新性的设计服务于载人航天事业,为人类探索太空之梦贡献更大力量。
【参考信源】
环球网 2021--06-18 《轨道舱、返回舱、推进舱 神舟载人飞船这些结构有啥不一样?》的报道
澎湃新闻 2023-11-10 《神舟飞船返回小课堂五问解答!『太空科普』》的报道
光明网2024-11-04《神十八返回全记录!太空出差192天的“80后”们回家了》的报道
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