中国空间站在距离地面大约400公里的圆形轨道飞翔,每次航天员需要乘飞船上去与它对接才能进入空间站工作和糊口,回来的时辰也得进入飞船,与空间站离开后再重返大气层。
关于地球的大气层,一向以来都有这样的说法:大气层的厚度100公里,100公里之上是真空,下边才有空气。其实并非如斯。地球概况的空气分子因为受到地球质量的吸引,越接近地面越浓密,越往高处越稀薄,科学家们发现远在月球轨道四周依然会有气体分子。距离地面100公里高度被称为“卡门线”,这是一个虚拟的鸿沟,理论上有同党的飞机可以在卡门线的下方飞翔,跨越这个高度空气太稀薄同党就不克不及供给升力了。
地球、大气层与空间站轨道的比例图
中国的天宫空间站、外国的国际空间站,还有很多对地不雅测卫星现实都在大气层里边飞翔,因为有很小的空气阻力存在,这些航天器每隔一些日子就要开开导念头晋升速度和高度,否则它们就会失落下来。
神舟十二号载人飞船是本家儿动落回地面的。它与空间站分手后先要转体90°,将最前面的轨道舱(与空间站对接的部门)脱开,轨道舱之后会落入大气层销毁;接着返回舱与推进舱组合体再转体90°,推进舱屁股朝前,开开导念头猛推,以抵消飞船的进步速度。
很多人都说咱们空间站绕地球飞翔的速度是7.9公里/秒,因为地球的第一宇宙速度是7.9公里/秒,其实这是不合错误的。第一宇宙速度指的是地球海平面上的理论飞翔速度,空间站的速度大约是7.7公里/秒,神舟飞船与空间站分手后的初速度也是7.7公里/秒。
7.7公里/秒大约是音速的23倍,是高铁“回复号”速度的79倍,比高速公路汽车最高限速快230倍!若是以这么快的速度进入大气层,飞船难逃被销毁的命运。
返回速度太快会被销毁
在大约140公里的高度,神舟飞船的推进舱耗尽了燃料,它会与返回舱分手,让返回舱独自完当作最后一段路程。在分手之前,推进舱会按照设计要求调整好返回舱的姿态和弹道,而且包管飞船有一个程度标的目的下大约1.5°~1.7°的再入攻角。
与良多人想的分歧,飞船从太空返回时它不是垂直着往下失落,也不是斜下落下来——有很多图片都是错的——现实上飞船返回舱几乎是程度地进入浓密大气层,这意味着飞船返回的过程很长,它需要绕地球飞十几圈来慢慢减速。之所以这样,是因为飞船的速度太快,再入大气层角渡过大会销毁飞船,同时减速过快造当作的过载也会杀死里边的航天员。
飞船返回的角度很小时候很长
航天员颠末持久艰辛科学的练习,最高能承受9~11个g的过载,在太空长时候工作后,他们对过载的承受力大幅度下降,是以我们需要将返回舱减速过载节制在4个g摆布。节制飞船的再入攻角,可以最大水平地操纵高空稀薄的大气来减速,同时为进入浓密大气层缔造有利前提。
所有飞船在返回大气层时都必需包管大头标的目的下(朝标的目的进步偏向),这是因为在与空气高速摩擦的过程中,空气粒子强烈撞击飞船概况,会发生跨越2000℃的高温。在返回舱的底部安装了一层“防热大底”,它由高度耐热的烧蚀材料制当作,用来庇护返回舱不被销毁。
防热大底经由过程烧蚀来庇护飞船
有伴侣问,咱们的神舟飞船看起来像一个倒扣的大钟,这个大铁疙瘩概况没有姿态节制装配,它是怎么包管在空中始终是大头标的目的下、让防热大底朝标的目的前方的呢?
神舟飞船返回舱的概况其实设有几个用于调整飞翔姿态的策动机。因为携带燃料的限制,这些策动机不克不及一向开着,只会在姿态掉稳时才会主动开启。包管飞船姿态不变的法门其实还在返回舱设计自己。
地球大气层不是一个平均体,有的处所密度高有的部门密度低,而且大气是时刻流动转变的,这是我们看天上星星会“一闪一闪”的原因。飞船如何在幻化不定的大气层中连结不变飞翔呢?
飞天蜜斯姐其实是个不倒翁
很多孩子都玩过不倒翁,西安“大唐不夜城”里那个摇着小扇子伸出纤纤玉手蛊惑您的网红蜜斯姐也是一个真人版的“不倒翁”,她的脚下固定着半个硕大铁球。
相对于底座来说,小姑娘的体重很轻,是以毗连体的重心大幅度下移。当人在上方移动时,支点发生偏移,在重力势能感化下,它会趋势于回到垂直状况,这时辰支点与质心轴线重叠,也就是引力势能均衡状况。
不倒翁的重心很低
载人飞船就像是一个更庞大的不倒翁,它的重心不在飞船的中心,而是更接近飞船底部,是以它的“下盘很稳”。
当飞船在做返回飞翔时,它本家儿要受到地球引力和空气阻力感化,地球引力大于空气阻力,是以飞船重心会天然朝标的目的前下方。
飞船返回舱重心方向下方一侧
飞船重心其实还不在中轴线上,它会稍稍偏离一些,而且是可以调整的,这一方面可以包管飞船不发生轴标的目的扭转,同时还使飞船连结必然倾斜角度。因为是斜着朝前飞,飞船底部会发生升力,不使它下降得太快,以获得更多减速的时候。
到了距离地面大约10公里的高度,飞船速度已经下降到约200米/秒,已经低于音速了。此时下降伞舱盖打开,指导伞、减速伞、牵顶伞和本家儿下降伞会依次拉出,将下降速度减到60~70米/秒。到接近地面时,本家儿伞能把速度降到5~6米/秒的程度。
下降伞为神舟飞船减速
到了距离地面大约2米时,返回舱底部的反推策动机启动,将飞船接地速度降到3米/秒。固然说这个速度仍是很快,但航天员的座椅可以接收大部门冲击能量,确保航天员平安着陆。
讲到这里您应该大白了:神舟飞船需要在大气层里经由过程长时候与空气摩擦来减速,由此会在返回舱概况发生极高温度;为了包管飞船不被销毁,它需要时刻将防热大底朝标的目的前方;飞船重心的位置朝下,像一个大号的不倒翁那样在飞翔中连结姿态不变可控;最后经由过程下降伞的进一步减速将航天员们平安送回地球。整个过程操纵了重力势能这个根基物理学道理,经由过程调整飞船的重心达到均衡的目标。
让我们配合祝福神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明和汤洪波安然凯旋!







