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2022年4月16日中午时分 , 神舟十三号3名航天员乘坐返回舱 , 历经约8个小时的时间 , 从天宫空间站上安全降落地面 , 圆满完成6个月的太空驻留任务 , 给我国航天发展史增添了浓重的一笔 , 也标志着我国天宫空间站转向全面建造阶段 。
细心的网友估计会发现 , 从2003年神舟五号载人飞船返回 , 到今年神舟十三号载人飞船返回 , 返回舱在穿过“黑障区”下降到距地面10公里左右之后 , 降落伞会按照程序设计自动打开 , 一张巨大的伞承托着返回舱缓缓下降 , 最后在非常靠近地面之时 , 返回舱底部的反推发动机打开 , 确保航天员平稳着陆 , 最大限度减少地面的冲击 。 而之前我们看到美国载人飞船的返回舱 , 在以上过程中会自动打开3个 , 有的时候甚至会是4个 。 为什么美国会有这么多?
关于这个问题 , 引发了国际上众多网友的评论 , 特别是美国的很多网民认为中国返回舱的多伞技术不成熟 , 比不上美国 , 难道真的像他们说的那样吗?
大家知道 , 当返回舱穿越“黑障区”以后 , 下降速度仍然会持续增加 , 而随着高度的下降 , 空气密度也随之升高 , 那么舱体与空气分子的摩擦就会越剧烈 , 舱体所受到的空气阻力也就越大 , 最后舱体所受到的重力与空气的阻力会达到一个平衡 , 在这个过程中 , 无论舱体的重量如何 , 一般情况下达到平衡状态的坠落速度 , 基本上都在200米每秒左右 。
当以这个速度下降到距离地面10公里左右的区域时 , 返回舱按照设定好的程序 , 会自动打开降落伞 , 依靠空气对伞体的“上托力”使返回舱速度逐渐降低 , 最后下降到每秒仅有7-8米的水平 。 而决定返回舱速度降低快慢的重要因素 , 就在于伞体的大小 。
降落伞展开面积越大 , 那么受到空气向上托举的力就会越大 , 舱体“抵消”重力的作用就越明显 , 速度下降得就会越快 。 特别是伞体刚撑开的一瞬间 , 由于突然给予舱体一个向上的作用力 , 原本的重力加速度一下子突然变小 , 这个过程既会对舱体内部航天的身体造成一定冲击 , 同时降落伞的结构(包括伞布、支撑线等)也会受到强烈拉扯 。
如果返回舱的重量越高 , 那么要达到舱体减速的“反作用力”就要更大 , 相应降落伞的规模就要越大 , 如果仅用一个降落伞 , 那么势必会增加降落伞结构稳定的难度 , 搞不好在瞬间的拉扯力极有可能使伞的支撑线发生部分断裂 , 对返回舱以及航天员的生命安全造成极大威胁 。
因此 , 在国际上有一个惯例 , 当返回舱的整体重量在10吨以内时 , 以现有的技术水平看 , 完全可以用单伞来实现减速 。 比如 , 我国的神舟十三号返回舱重量只有3吨 , 主伞完全展开的面积有1200平方米 , 单伞的配置既能完全满足减速需要 , 又能最大限度保障航天员的安全 。
反观美国之前的阿波罗返回舱重量达到了14多吨 , 近期的龙飞船重量也达到了10吨的水平 , 如果应用单伞方式 , 那么主伞完全展开 , 所需要的安全临界面积 , 就需要达到3000平方米甚至更大 。
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