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创造历史!载人飞船返地球 一文读懂十大细节

首次载人试飞任务的SpaceX龙飞船成功溅落在大西洋面上,标志着世界商业载人航天新时代的开始。。

视频:SpaceX龙飞船从国际空间站返回顺利入海实拍着陆精彩瞬间,时长约3分12秒腾讯太空文/乔辉北京时间2020年8月3日凌晨2点53分左右,SpaceX载人龙飞船成功溅落在大西洋面上,这是龙飞船首次执行载人飞行任务,这也标志着世界商业载人航天新时代的开始。(注:在海洋上的降落称为“溅落”,对应英文splashdown)。

图注:在四个减速伞的作用下,龙飞船缓缓降落在洋面上。

本次试飞主要是为了对载人龙飞船进行各项验证,通过评估之后,龙飞船将正式执行NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”(Commercial Crew Program),预计首次正式载人飞行将在今年9月份进行,届时将有四名宇航员飞赴国际空间站。

图注:龙飞船被打捞到救援船甲板上。一、龙飞船返回地球的步骤有哪些?

1、宇航员进入龙飞船,飞船舱门关闭。

2、国际空间站上的舱门关闭。

3、龙飞船自动脱离国际空间站。

4、龙飞船调整飞行轨道。

5、龙飞船丢弃服务舱。

6、龙飞船顶部的天龙座发动机点燃,进行脱轨制动。

7、龙飞船的鼻锥盖关闭。

8、龙飞船开始进入大气层,利用气动减速。温度可接近2000度。

9、在大约5.4公里的高度,两个引导伞打开,把速度降低到560公里每小时。

10、在大约2公里的高度,四个主减速伞打开,把速度降低到190公里每小时。

11、飞船溅落到海洋上,等待救援队到来。二、龙飞船返回地球的最大难点是什么?我们知道,龙飞船在距离地面400公里的高度上绕地球高速运动,速度大约7.66公里每秒,接近第一宇宙速度7.9公里每秒。

你想想看,龙飞船在400公里高度上以如此之快的速度运动,要想让它稳稳降落在地球上将是一件多么困难的事情,这也是所有从太空返回地球的航天器要经受的严峻考验,尤其是载人返回,还是具有极高风险的。当龙飞船脱离国际空间站后,首先摒弃服务舱,然后择机进行返回制动点火,在地球引力的作用下返回地球。这里要简单说一句,所谓的服务舱,SpaceX使用的是Trunk一词,而不是Service module,但从作用上看有点类似于服务舱,目前尚无统一的翻译。龙飞船的服务舱是非加压的,可以搭载对气压不敏感的货物。在飞船返回地球的时候,首先要靠飞船自身的气动阻力减速,这就要求其切入地球大气的角度非常重要。如果飞船进入地球大气层时的角度过小,有可能像打水漂一样重新弹回太空;如果进入地球大气层的角度过大,有被烧毁的可能,这种情况非常可怕。

图注:龙飞船进入地球大气层,峰值温度可接近2000度(艺术图)在飞船进入地球大气层后,由于强烈压缩其前面的空气,造成温度急剧升高,温度接近2000度,也就是说,飞船被一层高温的等离子体包围着。等离子体有一个特性,能够屏蔽电磁波,这就造成了飞船与地面控制人员无法进行通讯,这种情况可持续6到7分钟,通常比喻为黑色恐怖的7分钟。

目前,人类对黑障时间仍无解,只能祈求多福了。三、两位宇航员是谁?去国际空间站干了啥?

图注:罗伯特L贝恩肯(Robert L. Behnken)和道格拉斯G赫尔利(Douglas G. Hurley)(左)在龙飞船内部。参加本次试飞的两位宇航员是:道格拉斯G赫尔利(Douglas G. Hurley)和罗伯特L贝恩肯(Robert L. Behnken),分别出生于1966年和1970年。他们都是曾经三次进入过太空,而且还都是执行过航天飞机任务的老手。其中,赫尔利在太空中有超过683个小时的经验,还执行过2011年7月最后一次航天飞机任务(代号:STS-135)。贝恩肯作为航天飞机任务专家,曾先后执行2008年的(STS-123)和2010年的(STS-130)任务,累计在太空飞行时间超过708小时,其中包括37小时的太空行走时间。这次在国际空间站期间,贝恩肯也没闲着,他和另一位在国际空间站上的美国宇航员Chris Cassidy一起进行了四次太空行走,为国际空间站更换了6块锂离子电池,替换了老化的镍氢电池,这些锂离子电池是此前由日本货运飞船运送来的。其实,作为一次试飞,并没有安排太多任务,只要能平安返回地球,就是最大的成功。四、太空中的最大建筑物:国际空间站

国际空间站总质量达420吨,长109米,宽73米,是目前太空中的最大建筑物。运行在距离地面大约400公里的近地轨道上,速度为每秒7.6公里。国际空间站是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。国际空间站项目由16个国家共同建造、运行和使用,是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。自1998年正式建站以来,经过十多年的建设,于2010年完成建造任务转入全面使用阶段。目前,国际空间站主要由美国宇航局、俄罗斯国家航天集团、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构和加拿大空间局共同运营。五、龙飞船具备自动对接能力和全程逃逸能力此前,我们已经了解,载人龙飞船属于SpaceX研制的第二代龙飞船(Dragon2),具备可重复使用的能力。第二代龙飞船可分为载人龙飞船和货运龙飞船两种,其前身是第一代货运龙飞船(Dragon1)。新飞船可以自动与空间站完成对接,而不像第一代飞船那样,需要借助空间站上的机械臂的帮助。当然,载人龙飞船也保留了人工对接的选项。

本次使用的载人龙飞船,直径4米,高8.1米,最多可搭载7位宇航员,这与航天飞机搭载的宇航员数量相同,也与我国今年5月5日测试的“新一代载人飞船”设计上能够搭载的宇航员数量相同。载人龙飞船集成有8个推力强大的“超级天龙座”火箭,火箭两两分组,安装在飞船的侧壁,作为逃生使用,每个发动机的推力可达71千牛,换算成大家有直观感觉的表示方式就是相当于7.1吨的推力。此外,还装有16个推力相对较小的“天龙座”发动机喷口,用于姿态控制和轨道机动。

图注:2020年1月19日, SpaceX成功进行了“飞行中止测试”试验。熟悉载人航天的朋友,可能会留意到,无论是阿波罗登月火箭,还是我国的长征2F载人运载火箭,在火箭顶部都有个逃逸塔。逃逸塔的作用就是在火箭发射起始阶段,如果发生意外,可以启动逃逸塔火箭,把飞船带离到安全的高度,然后着陆。如果发射一切顺利,等火箭飞到一定的高度,逃逸塔会分离,然后丢弃。而载人版龙飞船相当于把逃逸塔集成在船身上,这样做有什么好处呢?

责任编辑: 宁成月  来源:腾讯科技 转载请注明作者、出处並保持完整。

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