神舟十二返航再创记录!曾经美苏为之恐惧的项目,如今被中国攻克
9月17日,神舟十二号三位航天员,在历时3个月的太空生活后,终于顺利在东风着陆场成功着陆。接下来他们将会进行为期数天的恢复工作,来调整着陆后的状态。自此,中国空间站首次载人航天实验工程,终于画上了圆满的句号。
值得一提的是,神舟十二号的成功返回,也让中国载人航天事业再次创下了新记录。那就是连续18年载人航天返航,无事故无伤亡。这无疑让载人航天的先驱美国和苏联感到艳羡。因为在过去的数十年中,“返航”这一环节,曾让美国、苏联乃至之后的俄罗斯心惊肉跳,甚至付出了十余条生命作为“学费”!那么问题来了:
载人航天的返航环节到底有多危险?
中国又是如何保证每次返航毫不出错的?
此次神舟十二号的载人航天又有什么亮点呢?
太空返航 载人航天噩梦
此次神舟十二号三位航天员的返航过程,称得上极为顺利。从降落到减速再到后续的搜救几乎是按部就班,无惊无险。因此有不少人就会认为,载人航天的返航技术难度并不高,成功是理所当然的。但事实并非如此,不信的话,我说一组数据,大家或许就能明白了。
人类的载人航天工程起源于1961年,苏联宇航员加加林乘坐东方号飞船进入地球轨道,正式开启了人类载人航天的步伐。接着在之后60年中,人类满打满算只经历了5起太空飞行事故,导致19名宇航员遇难牺牲。而在其中,仅返航这一环节发生的事故就高达三次,遇难宇航员数量更是足足有11名。占到了整个航天飞行死亡人数的60%。
截至目前,在所有的自主载人航天返航任务中,只有中国的航天员从未有过伤亡记录。即使强如苏联和美国,都有数名航天员因此遇难。可以说,每次载人航天的返航,都是对于航天员以及航天技术的一次“终极大考”。而载人航天的返回环节之所以如此艰险,其根本原因在于,载人航天返航过程的特殊性。
根据计算,当前空间站在太空中的飞行时速将近28000公里;但是空间站所处的轨道高度却只有不到400公里。而航天员返航时,需要在如此短的路程中,将载人飞船的速度从28000km/h迅速降为0,这本身就是一个地狱难度的考验。
更重要的是,不同于发射时火箭的层层防护,载人飞船到了返航时所携带的行李已经变得极为简单,只由返回舱和推进舱组成。因此整个减速过程必须严格控制损耗和风险,才能安全着陆。
在确定返航之后,载人飞船会先和空间站脱离。然后逐渐减速离开原来的飞行轨道进入自由滑行阶段。紧接着推进舱也会脱离,失去动力的返回舱逐渐被地球引力捕捉,过渡到大气轨道之中。而此时载人飞船也会迎来一个返航考验。那就是“精准切入”大气层。
为什么叫“精准切入”呢?因为载人飞船在进入大气层时,必须严格控制飞行方向与大气层面的角度。一旦角度过小,那么载人飞船就无法成功冲入大气层,反而会像打水漂一样被弹回宇宙,最后只能流浪于无尽太空中。
可一旦角度过大,那么大气层无法产生足够的气动减速效果,载人飞船就会像陨石一样直直的砸向地面,最后粉身碎骨。因此,载人飞船在进入大气层时,切入角度必须像手术刀一样精准,才能保持后续的正常飞行。
返航“黑障” 航天员素质大考
进入大气层后,载人飞船会继续以数千公里每小时的速度飞行,同时与空气摩擦形成高温,其温度高达上千摄氏度。而此时一旦返回舱外壳出现问题,那么里面乘坐的航天员,就会面临生命危险。
例如在2003年2月1日,美国的哥伦比亚号航天飞机在返回地球途中,所搭载的热保护系统发生了破裂。导致船舱内的温度迅速飙升至1400摄氏度,里面所乘坐的7名宇航员被瞬间融化。最后哥伦比亚号航天飞机直接在空中解体,成为了人类历史上最惨重的一次太空飞行事故之一。
而除了高温自身以外,对航天员心理和生理压力更大的,则是高温产生的“黑障”效果。为了抵御高温,当前所有载人飞船返回舱的外部都涂有一种特殊的耐高温高分子材料。它可以瞬间吸收大量的热量,然后烧蚀后将热量带走。从而保证舱内温度不会过高。
但是这些高分子材料,在烧蚀汽化后会发生电离现象,进而在返回舱的外部出现一个高温电离子层。它会吸收和反射电波信号,对返回舱内部形成电磁屏蔽。最终导致地面与飞船之间的无线电通信全部中断,而这就叫做“黑障”效应。
在黑障效应下,地面指挥团队是无法通过任何方式对飞船进行控制的。在这期间高空、高温、高速、高重力加速度等各种恶劣条件,都只能让航天员通过手动控制的方式进行克服。而这对于航天员的心理压力以及身体压力都将史无前例。甚至稍有不慎就会导致航天员心理防线崩溃。
而在冲破黑障区后,返回舱会在指定高度分别弹出不同大小的降落伞,进行初步的减速。此时返回舱的速度会从180米/秒左右,迅速减至8米~10米/秒。然而以这样的速度着陆,仍然有可能将航天员的脊柱震断。因此,在飞船即将着陆的一瞬间,安装在返回舱底部的4台反推火箭会立即点火工作,进行最后一步的缓冲,自此航天员才正式宣告着陆。
那此时航天员是否就安全了呢?很遗憾,并不是。因为当前的载人飞船返航技术并不能实现精准着陆,所以最终的降落地点只能确定一个大概的范围。而刚刚着陆后的航天员,因长时间处于失重环境,外加返航过程的艰险,所以体质会变得十分虚弱。此时一旦遇到危险,基本没有任何反抗能力。因此在返回舱着陆之后,救援人员要立即搜寻,接应航天员,协助其出舱,才能确保最后的安全回归。
像1965年,苏联的两名宇航员就在返航时,意外着陆在西伯利亚的原始密林中。结果后续的救援团队没有及时接应。导致两位宇航员不幸遭遇狼群,差点因此牺牲。为此还诞生了宇航员升空必须配枪的不成文规定,避免再次出现这类危险。
总之整个载人航天返航过程环环相扣,必须确保每一步精准可控,才能保证返航的顺利完成。正因为有如此高的难度,所以美苏两国,才在这一环节付出了血的代价。
中国布局 保障载人航天
那中国为何能保证,每一次载人航天返航都能顺利完成呢?对此,原因可以归结为两点。
首先,中国在载人航天工程方面发展较晚,让我们在技术上有了后来居上的基础。例如神舟返回舱的内部设计空间极大,可以让航天员直接穿着航天服进行乘坐。避免了之前苏联宇航员,因为未穿着航天服,导致在返航途中牺牲的惨剧。
除此之外神舟系列的返回舱,在隔热涂层方面也有着材料优势。据了解,中国在神舟五号首次载人航天任务时,就直接采用了最新型的烧蚀层,可以抵御几千摄氏度的高温。且密度小于1g每立方厘米,整体质量极轻。相较于苏联的联盟号飞船和美国的双子星座号飞船,不仅在设计上更加简单可靠,在材料工艺上也更加先进,起步基础高了不是一点半点。
而到了现如今的神舟十二返回舱,中国的技术更是再次突破。不仅在体积和内部空间上直接超过了俄罗斯的联盟号飞船,其外部的涂层相较于以往也有了改变,虽然现如今没有具体的材料构成,但是这显然是再一次进行了革新。
当然,除了技术以外,中国更值得称赞的是对于航天工程的谨慎态度。为了确保航天员安全,中国在神舟五号首次载人航天之前,中国进行了多次假人实验采集数据,验证中国载人航天工程的可行性。
最重要的是,中国载人航天工程的检修次数和排查详细度都是世界顶尖,绝对不可能带着问题上天。但是反观美国,之前发生的几次航天事故,基本都是因为自身故障导致的。甚至号称“战斗民族”的苏联,为了在冷战时期追赶美国,在明知飞船设计有缺陷的情况下,仍然强行发射“联盟一号”。结果发射之后飞船连续出现故障,即使宇航员弗拉基米尔·科马罗夫,一路走一路修才让飞船成功进入了预计轨道,但最后还是因为降落伞故障,导致返航途中不幸牺牲。
而这种事情在中国是绝对不可能发生的。毕竟在我们看来,航天员的生命安全高于一切。绝对不可能因为其他因素拿航天员的生命去冒险,一切都必须按照自己的布局计划一步步执行。而这才是中国载人航天,一路顺利走来的根本原因。
伴随着中国空间站的建成,中国载人航天进入常态化运行阶段。中国谨慎长远的布局习惯仍然在延续。例如此次神舟十二号的返航着陆地点,就没有选择之前常用的四子王旗着陆场。却首次采用了面积更辽阔,地形更加多变的东风着陆场。而这在未来很有可能成为中国空间站往返的专用着陆场地。
要知道,中国之前的飞船运行轨道都相对固定,所以着陆位置几乎都差不多。但是现如今中国空间站的高度相较以往不同,其着陆的准确度的误差也更大,因此跨度更大,范围更广的东风着陆场更适合这次降落的地点。
更重要的是,地貌更加多样的东风着陆场,可以验证更多着陆情况。为之后更高频率的载人航天返航,以及下一步的月球登陆做准备。不过虽然东风着陆场是首次启用,但是执行此次搜索救援任务的酒泉卫星发射中心搜索救援队,已经为搜救航天员和搜索载人返回舱任务准备了21年。正因如此,此次神舟十二的返航才能做到“舱到人到”,第一时间保证了三位航天员的生命安全。
相信在如此谨慎长远的布局下,未来中国载人航天工程必然会“星河征程,步步登高;九霄踏遍,如履平地”。而这也是所有中国人的共同愿望!