神舟二十一號航天員乘組在5月29日乘坐神舟二十二號飛船返回地球了!當時神舟二十二號飛船在著陸到地面的那一瞬間,飛船底部突然冒火光,這是怎么回事?是不是飛船出現了問題?
其實不是出問題了,這是正常情況,大家完全不需要擔心,不管飛船還是航天員,都是安全的。我們看下飛船返回地球的過程,就知道為什么飛船底部會突然冒火光了。
神舟二十二號安全返航
在2025年11月25日,神舟二十二號飛船不載人發射升空,而是滿載物資前往中國空間站。當時距離神舟二十二號飛船進入待命狀態還不到一個月時間,飛船就提前發射升空了,前往中國空間站作為神舟二十一號航天員乘組的“座駕”。這就是為什么神舟二十一號航天員乘組返回地球的時候是乘坐神舟二十二號飛船,而不是乘坐神舟二十二號飛船。
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從發射升空到返回地球,神舟二十二號飛船的在軌時間超過了6個月時間,而神舟二十一號航天員乘組的在軌時間更是達到了7個月左右,達到210天時間,已經超過了之前的神舟二十號航天員乘組204天的在軌時間,是當前我國在軌時間最長的航天員乘組。
在5月24日,神舟二十三號飛船成功發射升空,隨后神舟二十一號航天員乘組和神舟二十三號航天員乘組在5月28日進行了交接儀式,隨后在5月29日,神舟二十一號航天員乘組乘坐神舟二十二號飛船從中國空間站撤離開始返回地球。
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從中國空間站撤離后,飛船并不是直接就一頭扎進大氣層重返地球的,而是繼續環繞地球飛行一段時間,然后在合適的時間才會進入大氣層,不然的話,飛船可能就沒法在預定的著陸點進行著陸,可能會降落到其他地區甚至其他國家或者掉入大海。
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飛船返回地球的過程大致是這樣的,從空間站組合體撤離后,飛船先進行艙段分離、制動減速,緊接著降低飛行軌道高度再入大氣層,隨后進行傘降減速,最后緩沖著陸。
第一步是撤離后的姿態調整、艙段分離。空間站組合體在大約400公里的近地軌道飛行,飛船撤離后進入單獨飛行的狀態,慢慢和空間站組合體拉開距離。
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緊接著,飛船進行第一次姿態調整,先水平旋轉90°,變成橫向飛行的狀態。這樣的好處就是在進行軌道艙的分離時軌道艙不會碰撞到飛船,大大提高安全性。
完成軌道艙的分離后,飛船就剩下推進艙和返回艙了,這個組合體還要繼續水平旋轉90°,完成旋轉后,飛船的飛行狀態就變成了推進艙朝前、返回艙朝后,為制動做準備。
第二步就是進行制動減速。這時候飛船的推進艙在前方,剛剛好就可以使用推進艙的發動機進行減速。啟動發動機后,飛船速度就會越來越慢,飛行高度也會越來越多,脫離原軌道,開始轉入返回軌道。
當然,推進艙的發動機也不會一直持續進行反推,畢竟飛船的燃料是有限的,完成初步的制動減速后,發動機就會關閉,飛船會保持無動力的狀態繼續下降高度,當飛船推進艙、返回艙組合體下降到大約145公里的高度時,推進艙任務也結束了,這時候推進艙和返回艙進行分離,推進艙自己墜落大氣層燒毀。而飛船返回艙則繼續沿著飛行軌道返回地球。
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返回艙在下降的過程中,會不斷調整姿態,再入大氣層的時候,飛船會調整為防熱大底朝前的姿態,然后以最佳角度再入大氣層。
第三步就是再入大氣層。進入大氣層的時候,飛船返回艙和地面的距離還有大約100公里,這時候飛船返回艙的速度還是非常快的,接近7公里每秒。
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在以這么快的速度進入大氣層后,氣動加熱效應就會非常強烈,飛船外部溫度會飆升到1000多℃,整個飛船返回艙就像被熊熊大火包圍著。
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這個過程中飛船會不斷減速,高度也會不斷降低,空氣密度也會越來越大,在大約80公里到40公里的高度時,飛船外部空氣電離會形成等離子鞘,導致飛船的無線電通信出現中斷,地面無法對飛船返回艙跟蹤,返回艙全自動飛行。也就是進入我們所說的“黑障區”。
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當飛船高度突破大約40公里時,這時候氣動加熱效應就不是很強烈了,飛船就會穿過“黑障區”再次恢復通訊。這時候飛船的速度已經降低到了大約200米每秒,差不多就是720公里每小時。
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第四步就是進行傘降。飛船在外太空制動減速、進入大氣層后氣動減速,飛船速度可以從接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒降低到大約200米每秒,速度衰減是很明顯的,但是如果不繼續采取減速措施的話,飛船就沒法繼續降低飛行高度了。
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既然地球有濃密的大氣層,那可以借助空氣進行減速,飛船返回艙的體積沒法改變,那就通過降落傘的方式增大飛船的阻力。像我們的神舟飛船的主傘面積就達到1200平方米,打開降落傘以后,飛船返回艙的飛行速度就能從接近200米每秒的速度降低到大約8米每秒。
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降落傘的減速效果也是非常明顯,然而,降落傘的減速始終都是有限的,不可能讓飛船實現懸停或者接近0米每秒的速度,降低到7-8米每秒的速度已經是降落傘的極限了。
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如果直接讓飛船以大約8米每秒的速度進行著陸的話,飛船的結構其實是可以承受得住這樣的沖擊力的,但是這樣的沖擊力可能會對飛船內的航天員產生一些影響。
所以,神舟飛船返回艙底部會有4臺反推發動機,在距離地面差不多還有1米時就會啟動進行最后的緩沖。這就是為什么神舟飛船返回艙在著陸瞬間底部會冒火光的原因,現場也是濃煙滾滾。
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雖然飛船返回艙底部有4臺反推發動機可以進行最后的緩沖,但是重返地球的過程中,這些發動機都不能提前在高空啟動進行減速,因為在高空使用這些反推發動機進行減速沒有效果,畢竟飛船返回艙攜帶的燃料很少,只足夠這些反推發動機在著陸瞬間運行一下而已。
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如果在高空就提前開啟了這些反推發動機的話,飛船最后也還是會以7-8米每秒的速度進行著陸。所以這些反推發動機的啟動時間是非常關鍵的,必須是在距離地面1-2米的高度時同時啟動才行,不僅不能啟動太早,也不能啟動太晚,因為這時候飛船基本上就接觸地面了,啟動時間再晚點的話,飛船就已經到達地面了,這時候才啟動反推發動機,可能會把已經著陸到地面的飛船彈起來,可能會對航天員造成額外的傷害。
美國的載人龍飛船返回地球的過程其實也是差不多的,一樣是在空間站撤離后,先進行艙段分離、制動減速,緊接著降低飛行軌道高度再入大氣層,隨后進行傘降減速,最后緩沖著陸。
美國載人龍飛船選擇在大海進行濺落,海水本身就是很好的緩沖介質,所以他們的飛船就不需要反推發動機進行緩沖。這就是為什么我們的神舟飛船著陸的瞬間底部冒火光,美國飛船不會出現冒火光的原因。
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神舟飛船為什么落在陸地上
可能有一些網友好奇,神舟飛船返回艙在陸地進行著陸需要反推發動機進行緩沖,萬一這些反推發動機進行緩沖的時候出現失誤怎么辦?為什么不能讓飛船直接濺落到大海,這樣就不需要依賴反推發動機了。神舟飛船選擇在陸地進行著陸,而不是在大海著陸,是不是我們的飛船沒法在大海著陸呢?
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其實不是的,我們的神舟飛船是能夠落在海上的。在發射升空的過程中,如果火箭出現問題,飛船需要進行逃逸的話,逃逸的落區其實就是在海上。這就是為什么每次發射飛船的時候,都會有海上搜救力量待命,就是以防萬一在發射過程中出現突發情況,可以快速打撈濺落大海的飛船。
從技術的角度來看,我們的神舟飛船在大海濺落完全沒有問題,航天員在訓練的時候也有這方面的訓練。但是我們飛船都是在陸地進行著陸,原因有多方面。
例如,東風著陸場非常開闊平坦,現場保障措施也越來越齊備,可以對飛船進行跟蹤,而如果在大海濺落的話,我國沿海附近的島嶼相對來說是比較密集的,很難找出一個比較大開闊區域給飛船濺落。
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