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        科技館里學(xué)航天

        2023-05-30 10:48:04裴媛媛
        航空世界 2023年1期
        關(guān)鍵詞:返回艙降落傘神舟

        裴媛媛

        走進(jìn)中國(guó)科學(xué)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(hào)返回艙。它是中國(guó)載人航天計(jì)劃發(fā)射的第一艘無(wú)人試驗(yàn)飛船——神舟一號(hào)飛船的重要組成部分,見(jiàn)證了中國(guó)載人航天事業(yè)的啟航。

        1992年9月,我國(guó)確定了載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。第一步實(shí)現(xiàn)發(fā)射載人飛船,建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程,開(kāi)展空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn);第二步突破航天員出艙活動(dòng)技術(shù)、空間飛行器交會(huì)對(duì)接技術(shù),發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室,解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題;第三步建造空間站,解決有較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。從1992年立項(xiàng)開(kāi)始,經(jīng)過(guò)近7年的研究,我國(guó)航天工程師們克服重重困難,一步步實(shí)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(guó)載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)已初步實(shí)現(xiàn)。(來(lái)源:中國(guó)航天科技集團(tuán))

        1999年11月20日凌晨6時(shí),神舟一號(hào)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(shí)41分順利降落在內(nèi)蒙古中部地區(qū)的著陸場(chǎng),在太空中共飛行21個(gè)小時(shí)。神舟一號(hào)雖然沒(méi)有載人,但它是中國(guó)載人航天工程的首次飛行,標(biāo)志著中國(guó)在載人航天飛行技術(shù)上取得了重大突破,是中國(guó)航天史上的重要里程碑。自此,中國(guó)成為繼美、俄之后世界上第三個(gè)掌握載人航天技術(shù)的國(guó)家。

        神舟一號(hào)飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射

        國(guó)外航天器紙模型“大神”Alfonso制作的神舟十二號(hào)飛船與天和核心艙對(duì)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(jìn)艙三艙結(jié)構(gòu)布局。

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

        中國(guó)科技館展出的神舟一號(hào)返回艙表面顏色較深的一面,這是返回時(shí)與大氣發(fā)生劇烈摩擦被高溫?zé)g導(dǎo)致的。

        在每次載人航天發(fā)射的新聞報(bào)道中,我們都能聽(tīng)到神舟飛船的名字,但神舟飛船并不是一個(gè)獨(dú)立的裝置,而由三大部分組成,分別是軌道艙、推進(jìn)艙、返回艙。軌道艙是神舟飛船的“多面手”,在我國(guó)載人航天的不同階段,承擔(dān)了不同的任務(wù),從生活艙、實(shí)驗(yàn)艙,到氣閘艙、對(duì)接機(jī)構(gòu)艙,伴隨著載人航天任務(wù)的升級(jí),功能不斷變化。推進(jìn)艙是神舟飛船的能源動(dòng)力支持艙段,它安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)、太陽(yáng)能電池板,為神舟飛船提供變軌機(jī)動(dòng)控制動(dòng)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(shí)可以通過(guò)返回艙的設(shè)備了解飛船狀態(tài),啟動(dòng)相關(guān)控制指令。

        從神舟一號(hào)到神舟十五號(hào),神舟飛船根據(jù)任務(wù)的變化不斷進(jìn)行功能升級(jí),但是返回艙的外觀結(jié)構(gòu)一直沒(méi)有變化。下面我們就從中國(guó)科技館展出的神舟一號(hào)返回艙來(lái)一起認(rèn)識(shí)它的特點(diǎn)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(shuō)重量有3噸左右。仔細(xì)觀察,會(huì)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?yàn)樵诜祷剡^(guò)程中,由于入軌角度導(dǎo)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(gè)樣子。航天員王亞平之前在接受采訪時(shí)曾回憶乘坐神舟飛船返回地球時(shí)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(jué)非常震撼,令人驚心動(dòng)魄。

        神舟飛船返回艙返回時(shí)被高溫?zé)g時(shí)的模擬畫(huà)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(guò)熱,返回艙還有滾轉(zhuǎn)調(diào)姿發(fā)動(dòng)機(jī),會(huì)通過(guò)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(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸(攝影:新華社記者任軍川)

        可能有人會(huì)疑惑,這么高的溫度,像一些衛(wèi)星、貨運(yùn)飛船等航天器受控再入大氣層時(shí)都會(huì)被燒掉,返回艙為什么沒(méi)有被燒壞呢?大家仔細(xì)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(hù)艙內(nèi)航天員和各種儀器設(shè)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(jī)合成樹(shù)脂復(fù)合而成的燒蝕材料制成,在返回艙和大氣劇烈摩擦?xí)r,燒蝕材料會(huì)蒸發(fā)升華和分解,在此過(guò)程中將絕大部分熱量帶走,從而保護(hù)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(gè)特殊位置就是舷窗,這個(gè)特殊的部位,不僅要做到耐高溫,還要實(shí)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?jī)蓪訛殇摶A?,不僅能承壓,還可以對(duì)艙體進(jìn)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(gè)空腔,這個(gè)位置是儲(chǔ)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(shè)備,是航天員回家的安全保護(hù)傘。返回艙在通過(guò)大氣層的燒灼后,下一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(gè)航天員可承受的著陸速度,降落傘必須確保安全順利打開(kāi)。返回艙的降落傘分為引導(dǎo)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(dòng)打開(kāi)傘艙蓋,拉出引導(dǎo)傘,引導(dǎo)傘再拉出減速傘,這時(shí)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(shí)拉出主傘,這時(shí)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(gè)過(guò)程中,減速傘和主傘并不能一下子全部打開(kāi),這是為了防止過(guò)載太大,沖擊航天員的身體。同時(shí),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(shí),如果用時(shí)少于預(yù)定時(shí)間,系統(tǒng)會(huì)判斷為主傘系統(tǒng)工作異常,從而自動(dòng)啟動(dòng)備份傘,保證航天員的安全。

        在中國(guó)科技館神舟飛船返回艙的操作臺(tái)上,有兩套可以旋轉(zhuǎn)的平板電腦,轉(zhuǎn)動(dòng)電腦讓攝像頭對(duì)準(zhǔn)返回艙,就能看到利用AR技術(shù)實(shí)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(guó)科技館來(lái)體驗(yàn)吧!

        2021年全國(guó)科普日“中國(guó)飛天夢(mèng)”中國(guó)航天科普巡展活動(dòng)首站在廣東科學(xué)中心開(kāi)展,現(xiàn)場(chǎng)亮相的神舟四號(hào)返回艙上,主、備份降落傘的傘艙清晰可見(jiàn)。

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