神舟飛船結構示意圖;神舟飛船分解圖

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神舟飛船結構示意圖;神舟飛船分解圖

載人航天飛船采用三艙段結構,由軌道艙、返回艙和推進艙組成,它們分別承擔了不同的功能。

神舟飛船結構示意圖;神舟飛船分解圖

最上面的艙段是軌道艙,這里裝有各種在軌支持設備,它承擔著和空間站對接的重任,空間對接是航天器合體的重要活動,它和載人天地往返、航天員艙外活動,并稱為載人航天的三大基本技術。

比如空間站沒辦法一次送入太空,但只要掌握了空間對接技術,就可以把空間站分成多個部分發射,在太空完成組裝搭建。

除此之外,向空間站送航天員和補充物資、在軌航天器互訪,都離不開空間對接技術。軌道艙設計在飛船的最上端,負責和空間站完成對接,因此也被叫做對接艙,而神舟飛船單獨運行時,它就是航天員的生活區。

返回艙位于飛船的中間段,它是航天員的工作區,在飛船的起飛、降落,以及和空間站對接的工作,都是航天員在這里控制完成。

推進艙位于飛船的最底端,它的作用就是字面意思,為飛船提供動力來源。它由四個大型主發動機構成,為飛船提供調整姿態和減速的動力。

那么返回艙是怎么返回的,推進艙和軌道艙去了哪里呢?

以神舟十飛船為例,航天員在完成任務后,會打包好個人行李、實驗資料 等物品,然后進入到返回艙準備返回,整個飛船開始和空間站分離。

飛船分離后進行第一次調姿,逆時針旋轉90度成橫飛狀態,軌道艙和主體飛船分離,然后再入大氣層燒毀。剩下兩艙段繼續旋轉90度,相當于是調了一個方向,同時從水平飛行變成仰角飛行。

這時推進艙開始點火制動,飛船開始減速進入到返回軌道,返回軌道變成了一個橢圓形,近地點為100公里,這里是大氣層和太空的臨界線,也被稱為卡門線。

當飛船飛行到卡門線附近,返回艙和推進艙進行分離,推進艙進入大氣層燒毀,返回艙調整角度再入大氣層。

為什么返回艙不會被燒毀呢?

這里面有兩個原因,第一是返回艙再入大氣層的角度不同,斜入大氣層可以起到緩沖作用,第二是返回艙表面有燒蝕材料。

它是由石棉、玻璃、酚醛制成的復合材料,通過熱解、融化、升華等方式帶走熱量,新疆網友拍到的神十四如同火流星,其實就是返回艙的燒蝕材料脫落燃燒形成的。

燒蝕材料一共有500公斤,可以帶走絕大部分的熱量,讓返回艙的艙內保持在合適的溫度。

但劇烈燃燒也會形成等離子體,電離層和電磁波會相互作用,造成返回艙內外的信號中斷,地面無法對返回艙進行遙控,全程需要返回艙自動處理,

這個過程也被稱為黑障區,也是航天員回家最危險的過程,返回艙表面溫度超過2000攝氏度,稍有不慎,整個返回艙會被高溫熔化,因此危險程度遠大于發射過程。

好在黑障區只有5分鐘左右,返回艙降落到30公里的高度,速度就會大幅度下降,溫度也會隨著降低,返回艙安裝了靜壓高度控制器,它會通過大氣壓來判斷高度,在距離地面十公里附近給出信號,返回艙會依次打開引導傘、減速傘各主傘。

主傘的面積為1200平方米,可以把返回艙的時速從300公里降低到20公里,然后返回艙會拋掉表面的燒蝕材料,伽馬高度控制裝置開始工作,通過伽馬射線準確測量離地高度。

在距離地面只有1米時,伽馬高度控制裝置發出信號,返回艙啟動四臺反推發動機,使落地速度降到1到2米每秒,同時艙內的航天座椅開始抬升,以降低落地瞬間產生的沖擊力。

自此,航天員安全著陸地面,返回艙也徹底結束了任務,而發射時的軌道艙和推進艙,早已經燒毀在大氣層了。

為什么軌道艙不能在軌重復利用呢?這是由于設計之初,軌道艙主要用于對接貨物和銷毀垃圾,所以軌道艙不具備獨立在軌飛行的能力,它的最終結局就是墜入大氣層燒毀。

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