以嫦娥五號返回艙為例,當它從月球給地球帶特產回家時,是以垂直於地球的方向直接撲過來的,在其母星重力的加速下,返回艙速度越來越快,一直加速到10.9KMS,這一速度十分可怕,由於太空中阻力可以忽略不計,飛行都不需要推進器。要讓返回艙回到地球,有兩種方式:要麼直接撞回來,簡單幹脆;要麼,通過人工干預讓它減速。
讓返回艙聽天由命的降落方式過於戰鬥,需要在其艙外安裝足夠厚的隔熱材料,有點為了保護一個針尖大小的物體而在其外圍填充籃球大小物質的意思。當年蘇聯就這麼玩過,並且還帶回來350g月球土壤。要是載物倒沒啥,想要載人返回可就是拿生命開玩笑了。沒有任何減速措施的返回艙在進入大氣時可產生高達15g的過載,人類基本難以存活。
概括起來就是:返回艙減速這方面,這輩子都不可能用火箭發動機反衝的,燃料損耗又受不了,只能利用大氣層打水漂,才能維持得了高性價比發展航天這樣子,用最少的錢為國家辦最好的事,比國外好多了,不用打水漂減速的個個都是人才,預算又多,説話又好聽,我超喜歡這樣精打細算的種花家的。
航天器回收過程中的所產生的返回艙黑障通訊難題給科研人員帶來了極大困擾,返回艙在進入大氣時迅速壓縮空氣產生的高温在其表面產生等離子層,對電磁信號產生屏蔽,這一階段,就算是有定位系統也無法正常工作,不過根據新聞報道推測,我國應該已經在這一領域取得不錯的成果。
此外,返回艙還存在另一個定位難題。
在返回艙到達地面降落階段時(大概離地面10km)需要釋放降落傘來進行最後的減速,此時返回艙的運動軌跡,難以進行人為控制,它的最終着陸點生殺大權完全被降落傘死死卡住,天氣、風力、風向都有可能成為重要影響因素。
在自然條件的影響下,回收人員只知道返回艙的降落位置的大概範圍,在確認落地前是不允許搜救人員進入到劃定的安全範圍的。一旦着陸,回收人員再根據落點預報、跟蹤測量數據以及多個搜救單位的信息共享實現對返回艙的快速回收。同時他們還負責返回艙降落區域的安全保衞工作,確保科學家有條不紊地接收和轉移研究成果。
這一問題不難理解,一切為了保衞勝利果實。1965年3月18日,蘇聯宇航員阿列克謝·列昂諾夫乘坐上升二號飛船進入太空從,成為人類歷史上第一個太空漫步的人。
沒錯,他就是太空行走後太空服出現膨脹,難以返回飛船,差點在太空中交代了的那哥們,危急關頭,幸好他把宇航服內的氧氣放了,才及時進入艙內,撿回一條命。
在他險些命喪太空之後,怪事接二連三地出現了,先是飛船內供氧系統出故障,他與另外一名宇航員差點因為醉氧昏迷,後來返回艙在飛回地球途中,飛船控制設備又出了問題,這一故障直接把這哥兩送到了偏離預定降落點三百多公里的西伯利亞大冰原。
人要是倒了黴,放個屁都能砸到腳後跟,身處冰原的兩人發現返回艙裏面非但沒有暖氣,還滋滋地朝外吹着冷風。按照戰鬥民族的尿性,能有幾瓶伏特加,什麼都不怕,可他們啥都沒有,甚至連船艙內的通訊設備也跟着罷工,真是叫天天不應,叫地地不靈。夜色悄然降臨,叢林中狼嚎四起,惡狼的叫聲越過無邊黑夜,從寒風的呼嘯聲中刺進兩人的耳中,七分高傲中混進三分狂野,綿綿不絕。
蘇聯方面十分着急,砸了幾十億上百億美元換來的項目成果就這樣莫名其妙的消失了,花錢買個教訓,這事擱誰身上都有點難以接受。軍隊在疑似降落區展開了地毯式的搜索,最後還是一位無線電愛好者發現了他們的蹤跡,兩人終於得救。
通過這件事我們就能看出及時搜救對於返回艙和宇航員的重要性了,要是稍微遲一點,兩位偉大的航天英雄的性命可就在狼羣中交代了,這事説出去,誰不憋屈啊。更要命的是,若是有敵對國家知道你的飛船降落位置,直接拉走,那耗費幾百億為敵國做嫁衣的事還有啥意義?所以,在保護國家利益面前,無論耗費多少資源都值得,大隊人馬算啥,鋪幾十公里紅毯迎接他們都不帶眨眼的。
解答這個問題之前,先要弄清楚返回艙在返回地球時是如何減速的。當我們把飛船從月球返回地球的近地點設置在大氣層內,返回艙只要到達地球大氣層附近,其極速就開始壓縮空氣,導致空氣温度極速上升,此時,返回艙動能轉化為熱量,一部分由空氣帶走,一部分在其表面產生高温。
如果不能將返回艙表面產生的巨大熱量及時擴散出去,它遲早會被毀滅。
於是,有人提出了另外一種讓飛行器温和散熱的方法,通過增加返回艙在稀薄空氣中的停留時間,來讓其緩慢減速,最終以更小的速度下落。但該方法存在明顯的缺陷,隨着返回艙在大氣層內減速,熱量在其外部堆積,如果不及時“散熱”(減少飛行器與大氣接觸,離開大氣層),返回艙遲早要被燒穿。此時,如何讓返回艙在大氣層內打水漂成了各國爭相研究的方向。
科學家們經過大量的研究發現,採用球冠鍾型設計可以實現返回艙輕鬆地打水漂,通過自帶的姿控系統調整姿勢進而調節升力。
我國更是在實現返回艙姿態固定方面更是花了巨大功夫,對其頂部的兩片固定翼進行了大量的實驗(聯盟系列飛船上光是一個穩定翼的外形和安裝位置就花了科學家整整10年的時間研究,於我們這個科技曾一度落後的大國,難度更是可想而知)無論返回艙在何種姿態失穩都能在第一時間恢復到預設姿態。除此之外,嫦娥五號返回艙上面還裝有12台姿態控制發動機進行輔助配平,在飛行器表面高温材料被燒蝕和月球土壤添加後依然能把質心調整到預設位置,實現飛船返回的精確控制。