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再入大气层与着陆

什么是再入大气层?

再入大气层是航天器重新穿过大气层返回地球的过程。当航天器绕地球轨道运行时,它以约每小时17,500英里的速度飞行。要回家,航天器必须足够减速,以安全脱离轨道并落回地面。这是任何太空任务中最危险的部分之一,因为航天器在下降途中要承受极端高温和巨大的力。工程师们花了几十年时间研究如何安全地将宇航员和设备带回家。

隔热罩

当航天器冲入地球大气层时,它前方的空气被压缩并加热到超过3000华氏度的温度。热到足以融化钢铁!为了保护航天器及其乘员,工程师在舱体底部安装隔热罩。隔热罩由特殊材料制成,能够吸收并带走强烈的热量。在NASA的猎户座飞船上,隔热罩被称为烧蚀式隔热罩,因为它的微小碎片会燃烧剥落,同时带走热量。

减速

航天器必须减去大部分速度才能安全着陆。第一次大幅减速来自空气阻力,即航天器穿过越来越浓密的大气层时所受的阻力。接着,降落伞打开,进一步减慢舱体速度。SpaceX的乘员龙飞船使用四个主降落伞,分阶段打开,将飞船轻轻降低到足够安全的溅落速度。没有降落伞,飞船着陆时的速度仍然太快,无法存活。

溅落海洋

许多航天器降落在海洋中,这称为溅落。NASA在20世纪60年代和70年代的水星、双子座和阿波罗计划中都使用了海洋降落。水充当缓冲垫,吸收撞击力,保护里面的乘员。如今,SpaceX乘员龙飞船也溅落在海洋中,由回收船接走宇航员。附近还有海军舰艇和直升机待命,以便在着陆后迅速赶到乘员身边。

陆地着陆

有些航天器被设计为在陆地而非水中着陆。俄罗斯的联盟号飞船自20世纪60年代以来一直在哈萨克斯坦草原上进行陆地着陆。联盟号在接触地面前几秒钟点燃小型反推火箭,以软化冲击力。航天飞机很独特,因为它像飞机一样滑翔回地球,降落在跑道上。蓝色起源的新谢泼德飞船使用降落伞和反推火箭组合,轻轻降落在德克萨斯州的沙漠地面上。

可重复使用火箭

太空旅行中最重大的突破之一是可重复使用火箭的发展。SpaceX猎鹰9号火箭助推器在发射后飞回地球,垂直降落在着陆平台或海上无人船上。这项技术节省了数亿美元,因为同一个助推器可以多次飞行,而不是被丢弃。在可重复使用火箭出现之前,每枚运载火箭只用一次,然后就被丢入海洋。SpaceX已成功着陆并重复使用猎鹰9号助推器超过300次。

通讯中断区

在再入大气层过程中,有几分钟时间任务控制中心会完全失去与航天器的联系。这被称为通讯中断,原因是极端高温在航天器周围产生了一层称为等离子体的电离气体。等离子体会阻挡无线电信号通过。在此期间,舱内的宇航员无法与地面上的任何人通话,这对所有相关人员来说都可能令人焦虑。现代航天器设计正在研究减少或消除这一中断时间的方法。

着陆的未来

工程师们正在开发令人兴奋的新方法,将航天器带回地球。SpaceX正在设计其巨大的星舰,使其能够利用自身发动机垂直着陆,完全不需要降落伞。NASA为深空月球和火星任务建造的猎户座飞船使用先进的隔热罩和降落伞系统进行海洋溅落。内华达山脉公司正在建造追梦者号,这是一架像旧航天飞机一样在跑道上降落的小型太空飞机。这些新技术将使未来几年的太空旅行更加安全、经济和常规化。