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宇宙飞船重返地球 为什么这个秘密从来不提?

01

一般地说,航天器返回地球时主要分三个阶段:

一是刚进大气层。此时航天器速度非常快,比第一宇宙速度稍低,但此时大气稀薄,降落伞无法正常打开。

二是航天器进入黑障区,此时大气密度上升,而航天器速度依然很快,由于压缩底部空气,动能转化成空气内能,与航天器接触的空气温度急剧上升,导致其外表面温度升高,主要是底部,航天器表面产生电离层,与外界通信中断,此时如果打开降落伞,降落伞所受瞬时作用力巨大,极大可能会撕断,只能坠毁。

三是脱离黑障区后直到着陆的阶段,此时由于前一阶段大气的摩擦阻力,速度已经大大降低,而大气密度也足够大,此时开伞既能起到减速的作用,同时航天器所受瞬时加速度也不至于太大,因而可以安全有效的降低航天器的下降速度。

02

宇宙飞船返回地球要看是什么样的宇宙飞船,如果是近地轨道的那种,比如神舟、联盟等,返回地球的速度不会超过第一宇宙速度。如果是阿波罗登月飞船,那么速度可解决第二宇宙速度,这与返回的轨道有关,处于什么的轨道,对应什么样的速度。不论如何,宇宙飞船返回地球都需要反推制动。我们假设太空中有一个相对地球静止的飞船,如果它要向某个方向运动,就需要向反方向以一定的速度抛射一定质量的物体。这个物体一般是火箭发动机的燃气,我们称之为工质,由于动量守恒,飞船会获得向前的速度(动量)。

动量和冲量单位相同。所谓冲量,就是作用力效果随时间的积累。换言之,如果物体的动量发生改变,物体必然会受到力的作用。这里飞船收到的就是发动机的“推力”。如果飞船要减速、停下来,那么就需要向反方向抛射物体。这是飞船的速度会逐渐减小,直到停止。对于重返大气层的飞船,在进入返回轨道的时候就需要发动机制动,降低速度,精确控制切入大气层的角度,不然飞船就会如同水漂一样被稠密的大气层反弹出去,无法返回。在地月系内运行的宇宙飞船速度都不快,而一些掠过地球、通过其他行星引力加速的飞船,返回地球就不是这样了。

这样的探测器或者飞船还会受到各种天体的引力作用,其运动会更加复杂。比如美国宇航局的朱诺木星探测器,利用火星进行两次引力加速,第二次掠过地球的速度超过了第二宇宙速度。但是目前的飞船运动控制,基本原则还是建立在牛顿三大定律和动量守恒之上的。

03

哥们你以为只有上天才需要克服地球引力做功吗?下降一样需要的,宇宙飞船重量和高度都是非常大的,所以重力势能也是非常夸张的,能量守恒原则,自由落体,高度降低重力势能必定会转化为动能,速度肯定非常快。

减速常用只有两种方法,一是曾经美国鬼子的航天飞机,靠滑翔,增加降落的距离从而增加空气阻力做工的时间,达到减速的目的。

一是现在都在用的减速伞,用巨大的阻力短时间就可以减速到可以接受的速度了。

至于缓缓降落,但是实现有难度,以上两种方法都是靠的空气阻力,但是大气层厚度有限,可以减速的时间有限,无限增大降落伞技术难度比较大,而且阻力瞬间太大会拉断绳索的,用燃料反推,不好意思,升空时候基本都用光了,增加燃料携带量,这个成本太高,也不是必须,所以基本只有落地瞬间反推达到可以接受范围内的速度就好。

责任编辑: 夏雨荷  来源:爆笑精彩短片 转载请注明作者、出处並保持完整。

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