飞行245天!载人飞船返航:着陆瞬间火光四溅,外部烧得黑不溜秋(飞行43年)

在12月9日,2名俄罗斯宇航员和1名美国宇航员乘坐联盟MS-27号载人飞船从国际空间站启程返回地球。这艘飞船飞行了大约3小时22分钟后,成功在哈萨克斯坦的着陆场实现了软着陆。此次任务标志着三位宇航员完成了为期245天的在轨飞行任务。

联盟MS-27号飞船于4月8日发射升空,经过近8个月的航行后成功返回地球。过去,俄罗斯的联盟号飞船通常每6个月进行一次人员更替,但随着美国和俄罗斯签署了合作协议,决定延续国际空间站的联合乘组合作协议直到2027年。与此同时,俄罗斯也对联盟号飞船的在轨时间做出了调整,将原本的6个月飞行期延长至8个月。

这一调整使得俄罗斯的联盟号载人飞船的发射频率发生变化,从原本的每2年4次调整为每2年3次。而美国的载人龙飞船则依旧保持每年2次的发射频率。至于为何俄罗斯的飞船发射频率发生了变化,尽管双方未明确给出原因,但这或许与合作协议和飞船技术的调整相关。

联盟MS-27号飞船顺利完成任务返回地球,其过程与中国的神舟飞船和美国的载人龙飞船非常相似,都需要经过降落伞减速,然后实现安全着陆。不过,与美国的载人龙飞船不同,俄罗斯的联盟号飞船和中国的神舟飞船在着陆瞬间,飞船底部常常会出现火光,现场充满烟尘。这一现象的发生,是因为飞船在再入大气层时的特殊情况。

从外太空返回地球并不是一件简单的事,远比我们平时驾车回家复杂得多。飞船需要在特定的时间、特定的地点,并以合适的角度进入大气层,这样才能确保飞船精确降落到预定的着陆点。如果操作不当,飞船可能会误入其他轨道,甚至无法成功返回地球。

飞船在外太空飞行时,速度极快,像在近地轨道上飞行的飞船、卫星、空间站等航天器,其飞行速度接近7.9公里每秒,这个速度也被称为地球的第一宇宙速度。只有达到或超过这个速度,航天器才能在外太空保持长时间的飞行,否则,速度一旦减缓,飞行高度就会下降,最终回到地球。

飞船从外太空返回地球的过程,实际上是一个减速过程。通过一系列手段减缓飞船的速度,使其逐渐降低飞行高度,最终安全地重返地球。在正常情况下,航天器在近地轨道飞行时也会受到空气阻力的影响,速度会逐渐减慢,最终回归地球。不过,这一过程可能会持续较长时间,有些航天器可能需要几个月,甚至几年才能完成。

然而,由于载人飞船搭载了宇航员,它们不能飞行太长时间。因此,像联盟MS-27号飞船从撤离到着陆只用了不到3个半小时,而我国的神舟二十一号飞船从撤离到着陆大约用了5个半小时。飞船能够如此迅速返回,是因为采取了多种减速措施。

第一个减速过程是通过飞船的推进舱发动机。飞船撤离后,会先进行姿态调整,使推进舱位于飞行方向的前方,然后启动发动机,开始第一次减速,降低飞行速度和高度,进入返回地球的轨道。例如,神舟飞船在下降到大约145公里后,推进舱与飞船分离,返回舱继续独立返航。

第二个减速过程是气动减速。当飞船的返回舱下降至约100公里时,它将再入大气层。此时,飞船的速度依然很快,因此进入大气层后,飞船的外部会经历强烈的气动加热,温度迅速升高到1000多度。在这个过程中,飞船外部受到高温烧蚀,涂层变黑,看起来像被烈火吞噬一样。不过,飞船的设计使其能承受这些高温,外层的耐热材料能够有效吸收热量,保护飞船不受损害。

尽管飞船面临如此高温的灼烧,大家无需担心。飞船返回舱外层的烧蚀材料和隔热层的脱落是正常现象,这些材料的作用就是在返回过程中带走大量的热量,确保飞船不会被烧毁。

第三个减速过程是伞降。在经历了前两轮的减速后,飞船的下降速度已降至大约200米每秒,但仍然太快,需要进一步减速以确保安全着陆。因此,飞船会开启降落伞进行减速。中国的神舟飞船和俄罗斯的联盟号飞船都使用了一个巨大的降落伞,而美国的载人龙飞船则使用了4个降落伞同时展开。通过降落伞的减速,飞船的速度能够进一步降低到7米每秒左右。

第四个减速过程是缓冲。尽管降落伞已经能让飞船的速度降到相对安全的范围,但为了减少着陆时的冲击力,飞船还需要通过另一个减速过程。在着陆前,飞船底部的反推发动机会启动,向上产生推力,进一步减慢飞船的下降速度,使其降至1-2米每秒。正是由于这些反推发动机的作用,飞船着陆时底部会冒出火光,强大的推力也会掀起大量的烟尘,现场弥漫着灰尘。而美国的载人龙飞船没有这样的情况,因为它们是直接掉入海中,通过海水来吸收冲击力,所以不需要反推发动机来进行减速。

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