返回舱从太空回到地面,为什么经过大气层要加速?
从太空受控返回地球,这是一个非常有意思的话题,对于大部分卫星来说并不会经历这个过程,因为是单向的任务,只要将它送上天,寿命结束后就任其自生自灭了。但返回式卫星和载人宇宙飞船却不行,要能上得去,也能下得来,因此在厚厚大气层包裹的地球上,穿过危险的大气层到达地面,就成了航天器完成任务最后一道难关了,俗话说,上山容易下山难,我们今天来说说这难在哪里。
升力再入时航天器会有优化的气动与控制技术,在再入大气层时将产生可控的升力,比如航天器的轨道趋向于滑翔式轨道或者类似水漂跳跃式轨道,减缓下降过程中的过载,将气动加热的峰值分散到各个时间段,对航天器的热控峰值要求降低,但时间增加也是一个考验。美国的阿波罗飞船返回时就是升力载入,包括我国的神舟五号(也是一个钟形),但它的返回过程由GNC分系统进行再入过程中的升力控制,因此它是弹道-升力再入。
升力再入能够取得比弹道再入更精确的落点,并且升力再入阶段会由控制系统干预修正,因此它的再入走廊宽度将大大增加,以便应对各种返回条件,比如第二宇宙速度进入大气层的月球轨道返回,则必须采用升力再入,如果以弹道返回,那很可能成为一颗流星,那么高速度连降落伞都没有条件打开(我国2013年的小飞(嫦娥五号T1飞行试验器,绰号舞娣)用的就是水漂弹道方式升力再入)。
不过需要注意的是,各位看到神舟飞船都是大头超前的大气层内烧蚀阶段,而初期的升力再入可不是这样的方式,是小头朝前产生足够的升力,控制下降速度和角度。
在到达距离地面高度120千米高度时(此时速度约7.5千米/秒),将转换为耐烧蚀大底朝前的大气层内高超音速激波阻力下降阶段。此时将会经历一个黑障阶段。
温度越高,能穿透的信号所需要的频率也越高,如果通讯波段不在这个区间,那么就出现了所谓的黑障,因此航天器的黑障阶段并不是不同通讯,而是我们常用的无线电波段无法进出等离子体包裹区域,黑障阶段也是航天器最危险的一个阶段,因为高温烧蚀材料能否扛过这个阶段就看这几分钟了(根据再入方式的不同,一般在4-7分钟之间)。
2024-08-01 广告