踏上归途 神六回家要闯四道关

(2005-10-17 08:17:51)

据新华社电经过多天太空之旅后,神舟六号飞船返回舱不久将返回祖国。我国载人航天工程着陆场系统总设计师侯鹰在接受新华社记者采访时说,飞船回家之路并不轻松,要闯过“烧蚀关”“黑障关”“过载关”和“冲击关”四道关口。

第一关:“烧蚀关”

飞船将会变成一团火球

侯鹰说,在整个飞行过程中,发射和返回过程对航天员和飞船的考验最大,而返回阶段尤为突出。在距地球约100公里时,返回舱开始再入大气层。由于返回舱对大气的高速摩擦和对周围空气的压缩,返回舱的速度急剧降低,这样它的大部分动能变成了热能。虽然大部分热能以辐射和对流的方式散失掉,只有百分之几的热能传给返回舱,但这也会使飞船变成一团火球,达到上千摄氏度的高温。为此,飞船必须从再入大气层的轨道、再入方式上考虑,使再入速度不至于急剧变小,同时在飞船表面采用有效的隔热结构和隔热方式,使返回舱内的温度保持在40摄氏度以下。

第二关:“黑障关”

航天员将与外界失去联系

进入大气层时,飞船会出现极为危险的“黑障”现象。由于飞船返回舱高速进入大气层时,会在飞船表面和周围气体中产生一个温度高达上千摄氏度的高温区。高温区内的气体和飞船表面材料的分子被分解和电离,形成一个等离子区,像一个套鞘似的包裹着飞船,从而使飞船与外界的无线电通信衰减,甚至中断,出现“黑障”现象。在“黑障”区内,飞船、航天员与外界失去联系,这对飞船的性能和航天员的心理、生理都是严峻考验。这一段“最难熬的时光”一直要持续到返回舱距离地球约40公里处,“黑障”才会消失。

第三关:“过载关”

航天员将会遭遇“急刹车”

接着,航天员还要过“过载关”。飞船在大气层内减速的过程,会使返回舱内的人员和设备受到过载的作用,就像是急刹车时车上的乘客会感受到向前的推力一样。当过载超过一定限度时,航天员就会出现生理失调,轻者会出现呼吸异常、头昏,重者会出现中心视觉消失、视觉变红、昏迷。因此,返回再入时的最大过载应限制在10G以内。

第四道关:“冲击关”

航天员会感到强大冲击力

最后一关“冲击关”也不轻松。尽管经过降落伞减速后,返回舱的着陆速度会从200米/秒降低到8米-10米/秒,但是,在重量超过3吨的返回舱着陆的瞬间,航天员仍然会感受到很大的冲击力。针对这一点,飞船上设计了反推火箭和缓冲座椅。着陆前,航天员的座椅会自动提升,把航天员受到的着陆冲击力降到最低点。在返回舱降落到离地面大约1米时,反推火箭发动机点火,使返回舱以1米-2米/秒左右的速度着陆。“我们对可能出现意外的环节都进行了改进,确保航天员平安回家。”侯鹰充满信心地说。

专家细说飞船“返乡之旅”

飞船的“返乡之旅”是一个怎样的过程?我国载人航天工程着陆场系统总指挥隋起胜说,神舟六号载人飞船返回地面需要经历4个阶段:制动飞行阶段、自由滑行阶段、再入大气层阶段、着陆阶段。

制动飞行阶段

飞船按预定计划完成围绕地球运行的圈次后,将开始从南大西洋上空向地球表面返回。停泊海上的航天测控船将向神舟六号发出返回指令。飞船调整飞行姿态,轨道舱和返回舱分离,分离后的轨道舱继续在轨飞行,进行科学试验。接着,飞船再次完成制动姿态调整,尾部朝向飞行方向。飞船按程序点燃发动机制动,完成离轨操作任务,进入返回轨道。制动发动机的点火时间必须精确控制,点火时间相差1秒钟,就会使飞船落点位置相差9公里。

自由滑行阶段

进入返回轨道的飞船开始返回之旅的第二阶段,由于此时飞船是保持无动力的飞行状态,这一阶段也叫大气层自由下降阶段或过渡阶段。当飞船飞行高度降低到距地球约140公里时,推进舱与返回舱分离。推进舱进入大气层烧毁,返回舱继续下降。

再入大气层阶段

返回舱距地球约100公里时,开始再入大气层阶段。这时,飞船表面和周围气体摩擦产生巨大热量,在飞船表面形成的高温等离子气体层将屏蔽电磁波,使飞船暂时失去与地面的联系,出现“黑障”现象。返回舱距离地球约40公里时,“黑障”现象消失,恢复与地面通信联系后的返回舱继续下降。

着陆阶段

当返回舱降至离地面约10公里时,进入最后的着陆阶段。回收着陆系统开始工作,弹出伞舱盖,连续完成拉出引导伞、减速伞、主伞的动作,飞船开始缓缓下降。在距离地面约1米时,4台反推火箭发动机点火,使飞船实现软着陆。


航天员安全着陆三大法宝

“在飞船返回着陆过程中,降低速度、减缓冲击是确保航天员生命安全的关键。”我国载人航天工程着陆场系统总设计师侯鹰在接受采访时说,“为了保护航天员的安全,我们使用了降落伞、反推火箭、缓冲座椅三大法宝。”

降落伞

飞船在返回着陆时,将以数千米/秒的速度进入大气层,由于受到大气阻力的作用,当飞船下降到距离地球表面约15公里处时,速度将稳定在200米/秒左右。如果飞船以这样的速度冲向地面,返回舱内航天员就如同从100层高楼上飞身直下,这时就必须依靠降落伞将飞船的速度降下来。侯鹰说,神舟六号飞船回家要“打”至少三把伞,使速度减至8米-10米/秒。

反推火箭

然而,飞船即使是以8米/秒的速度着陆,所受的冲击力可能将航天员的脊柱震断。这时,在飞船即将着陆的一瞬间———飞船距离地面大约1米时,安装在返回舱底部的4台反推火箭点火工作,使返回舱速度一下子降到2米/秒以内。

缓冲座椅

与此同时,具有缓冲功能的航天员座椅在着陆前开始自动提升。航天员座椅的前端,也就是航天员放置脚的部位固定在一个轴上;座椅的末端,也就是航天员的头部位置,可以在一定范围内上下活动。在飞船着陆前,如果自动提升程序出现故障,航天员也可以通过手工操作将座椅的末端提升20厘米左右,从而使冲击的能量被缓冲吸收。为了最大限度地吸收冲击的能量,航天员座椅上还铺设了一套根据航天员身材量体定制的赋形缓冲坐垫。

“这样,航天员着陆时就可以最大限度地避免冲击所带来的伤害。”侯鹰说。

飞船“退烧”的三大措施

飞船返回再入大气层进入距地面80公里至40公里的稠密大气层时,是气动加热量最严重的一段,返回舱表面温度将高达上千摄氏度,像一个大火球。如果不采取防热措施,整个返回舱将被烧为灰烬。那么,怎样为飞船“退烧”呢?

据专家介绍,为飞船“退烧”的措施主要有3种:

“冰块式退烧”

即吸热。吸热是采用导热性能好、熔点高和热容量大的钛合金等金属材料,吸收大量气动热量。用这类材料做飞船返回舱的蒙皮,气动加热传给飞船的热量为蒙皮所吸收、储存。这种方法防热能力有限,只适用于加热量很小的部分。

“酒精式退烧”

像发烧时擦酒精一样,用辐射散热的方法将热量散去。这种方法只适用于最大热流不超过每平方米100卡的情况。

“釜底抽薪式退烧”

即烧蚀。就是用一些高分子材料做飞船的蒙皮,有意识地让它在高温加热时烧掉,将热量带走,从而达到保存主要结构的目的。如玻璃钢。烧蚀防热是广泛用于载人飞船再入大气层时降温的一种方法,目前,随着技术的发展,烧蚀材料的种类很多。

【小辞典】

航天器返回技术:使航天器脱离原来的运行轨道进入地球大气层,并在地面安全着陆的技术。包括轨道衰减法返回技术和直接再入返回技术。

软着陆:航天器经专门减速装置减速后,以很低的速度在地球或其他星球表面实施的安全着陆。

黑障区:导弹弹头和航天器返回舱等再入体返回大气层后无线电信号中断的飞行区段。其范围取决于再入体的外形、材料、再入速度,以及发射信号的频率和功率等。黑障区给载人飞船再入返回时的实时通信和再入测量造成困难。

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