中美俄航天器返回技術(shù)比較:中俄均落地美多墜海

時(shí)間:2011-11-18 08:50   來(lái)源:國際在線(xiàn)

  中國首次空間交會(huì )對接實(shí)驗業(yè)已完成,在與“天宮一號”目標飛行器成功進(jìn)行了兩次交會(huì )對接后,“神舟八號”飛船將于11月17日晚執行指令返回地球。航天器的返回與發(fā)射實(shí)際上是相逆的過(guò)程。發(fā)射過(guò)程是航天器從地面經(jīng)加速穿過(guò)大氣層而進(jìn)入其運行軌道的過(guò)程;而返回過(guò)程則是航天器從運行軌道經(jīng)減速到達地面的過(guò)程。整個(gè)返回過(guò)程是系統和復雜的,中、美、俄三個(gè)航天大國航天器返回的著(zhù)陸方式、隔熱方式以及著(zhù)陸場(chǎng)的選擇各有千秋。

  阿波羅、聯(lián)盟和神舟系航天器采取同一種返回著(zhù)陸方式

  載人航天器根據不同的結構,主要分為三種返回著(zhù)陸方式:彈道式、彈道—升力式和水平著(zhù)陸。

  采用彈道式返回的航天器,像炮彈一樣,沿著(zhù)一條很陡峭的路徑返回,在穿越大氣層時(shí)不產(chǎn)生升力,因而不能進(jìn)行落點(diǎn)控制,所以落點(diǎn)偏差較大,并且過(guò)載比較大(可達8g~9g),接近人體所能承受的極限。落點(diǎn)散布也比較大。蘇聯(lián)和美國早期的返回式航天器都采用這種形式,如蘇聯(lián)的“東方”號、“上升”號飛船和美國的“水星”號飛船。

  彈道-升力式返回的航天器一般都采用鐘形結構,在穿越大氣層時(shí)產(chǎn)生一定的升力,因而能夠對其飛行軌跡進(jìn)行一定控制,落點(diǎn)準確度比較高,過(guò)載也較小(不大于4g)。美國的“阿波羅”號系列飛船、俄羅斯的“聯(lián)盟”號系列飛船和中國的“神舟”號系列飛船采用的都是這種返回著(zhù)陸方式。

  水平著(zhù)陸返回的航天器也就是有翼返回航天器,最典型的就是美國的航天飛機。它的外形與飛機相似,可實(shí)現水平著(zhù)陸。這種著(zhù)陸方式過(guò)載最小(約1.5g),是航天員感覺(jué)最舒服的著(zhù)陸方式,而且航天飛機控制能力很強,落點(diǎn)精度很高,可以在指定的機場(chǎng)跑道上著(zhù)陸,也可以重復使用。

  中俄航天器燃燒降溫 美國航天器選用隔熱瓦

  當載人航天器的返回艙在距離地面70公里—40公里的高度以每秒數千米的速度穿越稠密大氣層時(shí),返回艙表面溫度會(huì )達到1000-2000攝氏度,如果不采取有效的防熱降溫措施,整個(gè)返回艙將會(huì )像隕石一樣被燒為灰燼。因此,如何降溫是最大的技術(shù)難點(diǎn)。

  由于都是選擇飛船作為載人航天器,中國的的“神舟”飛船和俄羅斯的”聯(lián)盟”飛船都是使用一次就不再使用的,因此采用的是燒蝕防熱的方法,就是在飛船外使用一種瞬間耐高溫材料,一般是高分子材料,在高溫加熱時(shí),表面部分材料會(huì )熔化、蒸發(fā)、升華或分解汽化。在這些過(guò)程中將吸收一定的熱量,這種現象叫燒蝕。燒蝕防熱是有意識地讓表面部分材料燒掉,將熱量帶走,從而達到保存主要結構的目的。這些隔熱材料在燃燒完畢之后,剩下的是碳化層,飛船底部一團漆黑可以證明保護層犧牲自己,換來(lái)了飛船的安全。

  而美國的載人航天器以航天飛機為主,采用的是在航天飛機表面覆蓋2萬(wàn)多塊隔熱瓦的方法對航天飛機以及宇航員進(jìn)行保護。隔熱瓦主要由兩部分組成,內層是導熱系數非常低的耐高溫陶瓷纖維,外層則是薄薄一層絕緣隔熱層。隔熱瓦的材質(zhì)有很多種,即使是在同一架航天飛機上,隔熱瓦的種類(lèi)也是千差萬(wàn)別。比如,在飛機頂部,可以采用白色的傳導降溫材料,以使航天飛機在飛行中保持涼爽;在受熱程度較高的底部,通常采用二氧化硅,并且在外面涂一層黑色絕緣層;而在受熱程度最高的飛機前部錐形體部位以及兩翼邊緣,則需要采用耐高溫的碳制材料。

  中俄航天器均落地 美國航天器多墜海

  為了確保航天員和航天器安全順利地返回地面,根據載人航天器運行的軌道特點(diǎn),各國選擇著(zhù)陸場(chǎng)基本遵循下面四個(gè)條件:一是飛船將從這個(gè)地區上空多圈次通過(guò);二是場(chǎng)地要開(kāi)闊;三是地勢要平緩,地表要足夠堅硬;四是天氣狀況要好。

  中國的內蒙古中部四子王旗海拔1000米——1200米,能見(jiàn)度高,地勢平坦開(kāi)闊,沒(méi)有大河,屬于中溫帶大陸氣候,干燥少雨人煙稀少,非常適合載人航天器著(zhù)陸。綜合考慮這些因素,“神舟”系列飛船的主著(zhù)陸場(chǎng)選在了內蒙古中部草原上。此外,考慮到惡劣天氣等因素,又在酒泉附近建設了一個(gè)備用著(zhù)陸場(chǎng)。

  美國東西兩岸均瀕臨大洋,擁有一支訓練有素的海岸救生隊伍和先進(jìn)的海上救生技術(shù)與裝備,而且大海一望無(wú)際,便于搜索和回收,所以美國載人飛船大多選擇海上著(zhù)陸。因此,美國的航天飛機把肯尼迪航天中心作為主著(zhù)陸場(chǎng),愛(ài)德華茲空軍基地作為備用著(zhù)陸場(chǎng)。

  俄羅斯擁有遼闊的中亞細亞草原和西伯利亞大平原,東西綿延上萬(wàn)里,所以載人飛船大多采用國內陸上回收方式。主著(zhù)陸場(chǎng)設在了地域開(kāi)闊、人煙稀少的拜科努爾發(fā)射場(chǎng)東北的草原上,面積約為40多萬(wàn)平方公里。(張雨田)

編輯:郭瑩瑩

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