奧推網

選單
科技

為什麼“著陸”是載人航天中最難的技術,降落到底有多恐怖

話說平時坐飛機旅行時,在起飛和降落時,乘務員都會要求乘客繫好安全帶。那為什麼會這樣的呢?

飛機正常飛行時大多數是在平流層,相對來說是比較平穩的,極少會遇到波動,而在飛機起飛和降落時,氣流等因素都會影響到飛機,因此,起飛和降落相對於飛行而言,危險係數更高。

著陸技術

在航天領域,載人航天技術中的難度係數最高的莫過於返回著陸技術了。飛船在進入大氣層後,由於要把速度降下來,而地球有一層厚厚大氣,在高速進入大氣層後,大氣層會與飛船表面發生摩擦,摩擦會產生超高溫度。

如果不對溫度進行控制,飛船最後就會被是燒燬,類似的事故其實就在歷史上發生過,比如:哥倫比亞號由於意外事故導致隔熱層被擊穿,最後高溫使得整架太空梭解體。

那一般如何對溫度進行控制的呢?

首先,飛船要調整好角度 ,如果是返回地球,那大概需要把返回的軌跡調整到與地面夾角成3度左右,這其實是為了調節到合適的摩擦強度。如果這個夾角太小,摩擦對於減速作用有限,飛船其實會類似於我們平時扔石子來“打水漂”一樣,直接飛出,地球重新回到太空當中;如果這個夾角太大,摩擦就會過量,早成飛船的表面溫度過高,最終燒壞飛船。

在飛船下落過程中,飛船表面的溫度可以達到2000~3000度左右,一般材料根本無法承受這個溫度,要知道鐵的熔點也就是1538攝氏度。因此,飛船表面都會有隔熱層,其中是耐高溫的複合材料,在與大氣層摩擦時,這些複合材料會直接昇華。

這時候,超高溫會在飛船表面形成一層等離子團,等離子團會影響到電磁波的傳遞,也就是說,在下落的過程中,等離子團會遮蔽掉訊號,這就使得地面無法直接控制飛船,完全只能依靠飛船自動。我們也把這種處於“遮蔽訊號”的狀態稱為“黑障”狀態,而飛船所經過的這個區域也被稱為黑障區。如果此時飛船內部有航天員的話,他會聽到巨大的響聲。

當飛船距離地面還有大概10km左右時,由於大氣層對飛船摩擦減速的作用,飛船的速度會降到和聲速差不多,然後飛船會開啟一層層的降落傘,依靠這些降落傘對飛船進一步減速,在即將接近地面時,還會啟動反推火箭來輔助減速,最終可以把速度減少到2m/s左右。

在這個過程中,任何一個環節出了問題,都有可能造成巨大的災難。當然,還有一些環節出現的問題是直接造成落點不對,在早期航天技術剛發展時,一些宇航員常常落到距離原定地點幾百公里外的地方,比如:人類史上第一位進入太空的宇航員加加林,他降落的地點是薩拉托夫州,整個地方與原定地點相距了400多公里。

所以,飛船降落的過程中充滿著不確定性,而整個過程中最重要的就是利用大氣層來對飛船進行減速,而不是加速進入到大氣層中,加速進入到大氣層中只會造成飛船被燒燬。

火星的“恐怖七分鐘”

實際上,我們應該慶幸地球有一層厚厚的大氣層,這一層大氣的存在反倒讓飛船返回地球變得相對簡單一些。我們就拿火星來舉例子,火星的大氣非常稀薄,不到地球大氣層的1?如此稀薄的大氣層對於飛船的減速能起到的效果很有限。

所以,飛船要降落到火星上的難度要遠遠比降落到地球上更難,尤其“如何減速”一直是科學家很頭疼的問題,要從大概6000m/s最後減到零,加上此時地球和火星直接傳輸資訊最快也有40多分鐘,還存在著“黑障狀態”的問題,而整個過程大概要7分鐘以上,因此,整個降落過程也被稱為恐怖七分鐘。有很多飛船千里迢迢幾億公里來到火星,然後最後在降落時失敗了,火星也因此擁有了一個名號:探測器墳場。

總結

所以,即便不是在地球上,在其他的天體上,降落這件事情本身也是高難度的,而降落的核心就是把從超高速降為零,看似簡單,實則充滿太多的不確定性。