裴媛媛

走進中國科學技術(shù)館四層太空探索展廳，首先映入眼簾的便是展廳中間矗立的一件形似大鐘、通體斑駁、顏色暗褐的鎮(zhèn)館之寶——神舟一號返回艙。它是中國載人航天計劃發(fā)射的第一艘無人試驗飛船——神舟一號飛船的重要組成部分，見證了中國載人航天事業(yè)的啟航。

1992年9月，我國確定了載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。第一步實現(xiàn)發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗；第二步突破航天員出艙活動技術(shù)、空間飛行器交會對接技術(shù)，發(fā)射空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題；第三步建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。從1992年立項開始，經(jīng)過近7年的研究，我國航天工程師們克服重重困難，一步步實現(xiàn)了載人航天零的突破。

隨著天宮空間站的全面建成，我國載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略目標已初步實現(xiàn)。（來源：中國航天科技集團）

1999年11月20日凌晨6時，神舟一號飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，11月21日凌晨3時41分順利降落在內(nèi)蒙古中部地區(qū)的著陸場，在太空中共飛行21個小時。神舟一號雖然沒有載人，但它是中國載人航天工程的首次飛行，標志著中國在載人航天飛行技術(shù)上取得了重大突破，是中國航天史上的重要里程碑。自此，中國成為繼美、俄之后世界上第三個掌握載人航天技術(shù)的國家。

神舟一號飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射

國外航天器紙模型“大神”Alfonso制作的神舟十二號飛船與天和核心艙對接的紙模型，可以直觀地看到神舟飛船軌道艙、返回艙和推進艙三艙結(jié)構(gòu)布局。

2022年第十二屆北京科學嘉年華上，神舟十三號載人飛船返回艙首次向公眾展出。（來源：北京市科協(xié)）

中國科技館展出的神舟一號返回艙表面顏色較深的一面，這是返回時與大氣發(fā)生劇烈摩擦被高溫燒蝕導致的。

在每次載人航天發(fā)射的新聞報道中，我們都能聽到神舟飛船的名字，但神舟飛船并不是一個獨立的裝置，而由三大部分組成，分別是軌道艙、推進艙、返回艙。軌道艙是神舟飛船的“多面手”，在我國載人航天的不同階段，承擔了不同的任務，從生活艙、實驗艙，到氣閘艙、對接機構(gòu)艙，伴隨著載人航天任務的升級，功能不斷變化。推進艙是神舟飛船的能源動力支持艙段，它安裝有發(fā)動機、太陽能電池板，為神舟飛船提供變軌機動控制動力。返回艙是神舟飛船的核心控制艙，也是航天員在升空和返回階段的座艙和工作艙，飛船的控制中心就在返回艙中，航天員隨時可以通過返回艙的設備了解飛船狀態(tài)，啟動相關(guān)控制指令。

從神舟一號到神舟十五號，神舟飛船根據(jù)任務的變化不斷進行功能升級，但是返回艙的外觀結(jié)構(gòu)一直沒有變化。下面我們就從中國科技館展出的神舟一號返回艙來一起認識它的特點吧。

返回艙的外形結(jié)構(gòu)像一口大鐘，高約2.5米、直徑約2.5米，據(jù)說重量有3噸左右。仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)其外觀整體呈暗褐色，其中一面顏色較深，另一面顏色較淺。這是因為在返回過程中，由于入軌角度導致艙體兩側(cè)與大氣發(fā)生劇烈摩擦的程度不同，溫度高的一側(cè)表面有上千攝氏度，是高溫將它燒蝕成了這個樣子。航天員王亞平之前在接受采訪時曾回憶乘坐神舟飛船返回地球時的感受：就像孫悟空在太上老君的煉丹爐里那樣，舷窗外部燒得通紅，還有噼里啪啦響的聲音，感覺非常震撼，令人驚心動魄。

神舟飛船返回艙返回時被高溫燒蝕時的模擬畫面。為避免與大氣劇烈摩擦產(chǎn)生的高熱燒穿艙壁，返回艙表面涂有燒蝕材料，利用材料的熱解、熔化、蒸發(fā)等方式散熱。直徑2.5米的神舟返回艙表面積有22.4平方米，防熱材料總重量約500千克。為避免局部過熱，返回艙還有滾轉(zhuǎn)調(diào)姿發(fā)動機，會通過自轉(zhuǎn)使其均勻受熱。

返回艙的舷窗玻璃有3層，既耐高溫又高度密封，以確保航天員的安全。

2021年9月17日神舟十二號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸（攝影：新華社記者任軍川）

可能有人會疑惑，這么高的溫度，像一些衛(wèi)星、貨運飛船等航天器受控再入大氣層時都會被燒掉，返回艙為什么沒有被燒壞呢？大家仔細看返回艙，在暗褐色的表面布滿了蜂窩狀結(jié)構(gòu)的特殊材料。為了保護艙內(nèi)航天員和各種儀器設備的安全，返回艙表面及底部包裹著一層厚厚的防熱層。它是由特殊的玻璃纖維與有機合成樹脂復合而成的燒蝕材料制成，在返回艙和大氣劇烈摩擦時，燒蝕材料會蒸發(fā)升華和分解，在此過程中將絕大部分熱量帶走，從而保護返回艙的安全。這也是返回艙落地后地面搜救人員能很快靠近返回艙的原因。

返回艙上還有個特殊位置就是舷窗，這個特殊的部位，不僅要做到耐高溫，還要實現(xiàn)高度密封的性能。為此，返回艙的舷窗玻璃有3層，內(nèi)部兩層為鋼化玻璃，不僅能承壓，還可以對艙體進行密封，最外層是特制高溫防熱玻璃，為內(nèi)部阻隔了絕大部分熱量。

在返回艙的一側(cè)還能看到一個空腔，這個位置是儲存降落傘的傘艙。降落傘是保障返回艙安全著陸的關(guān)鍵設備，是航天員回家的安全保護傘。返回艙在通過大氣層的燒灼后，下一個關(guān)鍵點就是減速。由于重力的作用，返回艙的下降速度非?？?，要讓它降到一個航天員可承受的著陸速度，降落傘必須確保安全順利打開。返回艙的降落傘分為引導傘、減速傘、主傘3頂傘。首先，返回艙在距地面大約10千米的高度自動打開傘艙蓋，拉出引導傘，引導傘再拉出減速傘，這時返回艙的下降速度約180米/秒。減速傘工作19秒后，與返回艙分離，同時拉出主傘，這時返回艙的下降速度逐漸由80米/秒減到40米/秒，然后再減至7～8米/秒。在整個過程中，減速傘和主傘并不能一下子全部打開，這是為了防止過載太大，沖擊航天員的身體。同時，為了防止主傘出現(xiàn)故障，返回艙還配有備份傘。在返回艙從6千米高度向5千米下降時，如果用時少于預定時間，系統(tǒng)會判斷為主傘系統(tǒng)工作異常，從而自動啟動備份傘，保證航天員的安全。

在中國科技館神舟飛船返回艙的操作臺上，有兩套可以旋轉(zhuǎn)的平板電腦，轉(zhuǎn)動電腦讓攝像頭對準返回艙，就能看到利用AR技術(shù)實現(xiàn)的虛擬成像系統(tǒng)，可以讓人們了解更多有關(guān)返回艙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能。趕快到中國科技館來體驗吧！

2021年全國科普日“中國飛天夢”中國航天科普巡展活動首站在廣東科學中心開展，現(xiàn)場亮相的神舟四號返回艙上，主、備份降落傘的傘艙清晰可見。