主要信源:
中國青年網 《神十六「黑科技」:返回艙舷窗塗層可以自清潔》2023.5.31
光明網《印度總理莫迪:2040年載人登月,2035年建空間站》2023.10.19
前言
去年10月31日,神舟十六號載人返回艙順利在東風着陸場着陸。
不過有細心的網友發現,神十六的返回艙外表被燒的「焦黑」,而印度「加甘揚計劃」的返回艙卻表面卻乾乾淨淨。
為什麼會出現這種情況?難道是我們技不如人?
神十六返回艙焦黑
神舟十六號作為我國的載人航天工程的第十六艘飛船,在2023年5月30日,通過長征二號F遙十六運載火箭在酒泉衛星發射中心發射升空。
三位航天員狀態良好,發射也取得圓滿成功。在空間站中完成了各種科學實驗和任務後,10月31日返回地球,並且順利在我國東風着陸場着陸。
通過現場播和現場記者的返圖,可以看出神十六返回艙表面,但是有一大半都是「焦黑」的顏色。
不僅如此,我國歷代神舟系列的返回艙都有不同程度「焦黑」。
主要是我國空間站距離地面的高度達到400公里,因此返回艙返回時會通過大氣層,就會產生劇烈摩擦。
聽起來像是,直接「往下跳」就行了。
但實際上,返回著陸難度不亞於發射升空。
正所謂「上山容易,下山難」雖然發射難度很高,但是返回著陸其實更加兇險。
載人航天飛常準備返回地球時,要做好非常充足的準備。
首先,神舟十六號需要先和中國空間站進行分離操作,但是這個分離並不是隨便就可以分離的。
這時,返回艙就要針對飛行姿態進行調整了,必須保證再入角小於3°到8°之間。
而這個再入角度數就是返回的關鍵,是返回艙返回大氣層的時候,和再入點處速度方向與地平面要形成夾角。
這樣可以最大程度保證返回艙不會因為過熱而受到損壞,因為把再入角保持在這個區間內,返回艙就可以以一個「相對安全」的環境下進行着陸。
如果再入角度存在偏差,比如大了點,就會讓返回艙遇到更快比那花的大氣密度,從而導致與大氣層和空氣阻力造成的摩擦更大,對返回艙的要求會更加高。
因此,如果不找再入角進行返回,很可能就會處於更危險的情況之下。
可以說,從太空返回地球的難度十分能兇險,尤其是在進入大氣層之後。
返回艙找好角度和飛行姿態後,會與大氣層和空氣阻力發生強烈的摩擦,摩擦就意味着高溫問題。
就像一顆隕石,從太空進入地球,可能一塊很大的隕石,因為受到大氣層影響,可能還沒到地球表面,就已經「消失」了。
因此,對返回艙的材料要求就特別高的。
在進入大氣層之後,返回艙受到地球引力影響,速度會達到每秒鐘8-11公里。
這時,返回艙的溫度至少已經達到了2000攝氏度,所以說即使再高強度材料,也會因為和大氣層的摩擦出現「焦黑」。
不過,印度在航天上沒有中國強,但是在返回艙返回時,卻沒有出現「焦黑」的情況。
這究竟是為何?
印度返回艙乾淨如新
印度作為目前發展速度很快的國家,同時也是一個大國,也一直擁有一個航天夢!
於是在2023年10月21日,印度就在進行了一次發射任務。
這次任務主要目標是,測試載人飛船乘員逃逸系統的有效性,也就是試一試印度航天的返回艙好使不好使。
雖然,印度的膽子一向很大!
不過,畢竟這是航天工程,印度可是在今年打算把三名航天員送到高度400公里的地球軌道上停留三天。
但是必要的有效性試驗還是要做的,畢竟培養一個航天員並不容易。
於是這次在10月21日,印度就成功完成這個「加甘揚」載人航天任務一次關鍵性測試,成功向太空發射一艘不載人的飛行器。
並且在達到預定目標之後,返回艙成功和火箭進行分離,並且成功返回地球。
不過讓人意想不到是,印度的返回艙居然跟新的一樣,難道是因為落到海里洗乾淨了?
從印度媒體圖片上來看,印度返回艙的LOGO都跟新的一樣!
好傢夥,印度這是掌握了外星科技嗎?
不知道以為是把飛船送到太空,來了一個「飛船SPA」一樣。
但是在看了印度這次的計劃流程才發現,難怪如此!
這次印度「試驗」任務,原本定在印度時間的8點整進行發射。
但是因為當時天氣原因,推遲到了8點30分,之後又找了個理由推遲到了45分。
終於可以發射了!
你猜怎麼著?點完火又熄火了,還好沒爆炸!
印度航天局說是計算機出現了問題,之後經過了一個多小時的調試,終於在10點發射了。
說實話,這還只是一次測試試驗,真為今年要進入太空的三名印度航天員擔憂啊!
這次火箭確實是順利升空了!飛得很高!
距離地球已經「高達17公里高空」,火箭和返回艙順利分離!
返回艙也成功打開了降落傘,並且成功落入孟加拉灣!
印度航天局馬上發文,圓滿成功!
由此得知17公里的高空!也就是17000米,說實話戰鬥機飛的都比這高!
原因也算是找到了,這次印度試驗,根本就沒有進入太空之中,也沒有經歷和大氣層的摩擦,所以也根本不會發黑!
你就說是不是從天上掉下來的吧!
並且這個返回艙下落速度只有2500米每秒,甚至還沒高超音速導彈飛的快!
不過這次,印度試驗也是為了測試載人飛船乘員逃逸系統的有效性,因此只飛這麼高也可以理解。
所以,印度返回艙才看着和新的一樣!
不過造成神十六返回艙焦黑的原因,其實也不全是大氣層摩擦的原因!
因為僅憑黑或者不黑是沒法直觀判斷出技術高低的,而且從某種程度上來說,我國返回艙會發黑,反而是優秀的代表。
這是怎麼回事,黑反而更好了?
返回艙黑代表「優秀」
和印度實驗相比,我國神十六是從400公里高空墜入地球的。
而且墜入地球,突破大氣層的速度可以達到10.9公里每秒,但是和大氣層摩擦的造成「焦黑」的原因,還和我國航天使用的材料有一定關係。
神十六使用的材料是一種新型合金材料和輕質碳基微燒蝕材料。
這個材料有一個特點,就是返回艙表面溫度越高,那麼就會越「焦黑」。
因為返回艙表面溫度最高可以到3000攝氏度,外殼也會燃燒起火焰,宛如流星砸向地球一般。
如果是一般的材質,可能早就被燃燒成灰燼了,但是我國這種特殊的航天材料,即使和大氣層摩擦,也只是會在表面留下「碳化」的痕迹。
這就是我國科研團隊研製新一代的航天材料的威力,一種低密度燒蝕防熱材料。
這個材料特點就是,表面越黑,那麼就證明表面吸熱能力越好,而艙內的溫度也就會越低。
即使外面,燃起熊熊火焰,艙內的溫度也不會超過30攝氏度。
因此這種特殊材質,在我國載人航天工程中,做出巨大的貢獻。
其實中國航天實力還遠不止這麼,我國的航天實力到底有多牛?
中國航天到底有多牛
除了面對高達1000-3000攝氏度的高溫考驗,選擇了先進的燒蝕材料和隔熱技術,而且通過多年的研究,我國在防熱材料上水平在全球都很領先。
而且還突破了「黑障」!
和印度發射任務不同的是,我國因為是從400公里的空間站返回地球的。
因此除了在經過大氣層時候產生極高的溫度,並且還會產生「黑障」現象。
那就是因為沖入大氣層時,氣體分子會和返回艙表面燒灼材料發生「電離」的問題。
一旦電離發生,那麼這些電離在高溫情況下,就會向包包子一樣,把整個返回艙給圍起來。
就像是一個特殊「保護罩」一樣。
不過這個東西可不是會保護航天員的安全,不僅不會保護,還會影響返回艙和地面的通訊。
因為這個「保護罩」把返回艙包裹住之後,就會形成「等離子體鞘套」,它會嚴重影響電磁波吸收和衰減。
因此當等離子體鞘套存在,返回艙就會進入「黑障」狀態,這就會導致飛船和地面通信發生異常中斷。
也會讓地面通信無法捕捉到返回艙的狀態,而這個過程就稱為「黑障現象」。
但是,經過我國科學家的不斷努力,神十六返回艙上就很大程度上解決了黑障現象帶來的影響。
其中,敦煌測控區指揮長曾強表示過:
「目前我們在雷達和光學這兩個方面,都獲得巨大的提升,目前已經完成了突破黑障區的方法」。
因此,返回艙順利通過黑障區之後,地面指揮中心就可以之間捕捉到返回艙具體位置,甚至還可以拍攝到返回艙的高清圖像。
所以,我國不僅是在航天防熱的材料獲得領先,在突破黑障的通訊技術上也比之前獲得巨大提升。
目前,我國最新型防熱材料不僅可以做到重量很輕,還是做到有效容積也要比美國火箭還要大。
能夠以很小的尺寸和重量,就解決我國載人航天隔熱上的問題。
並且目前我國研製全新一代的防熱材料,打算在我國的「空天飛機」上使用。
空天飛機可以給空間站進行補給,可以多次重複的回收利用,因為要多次在大氣層之間往返,因此對隔熱要求會很高。
也正是因為我國在航天材料上的不斷進步,才能夠讓我國航天走的更遠。
結語
因此,返回艙一身焦黑並不是因為技術不行,而是因此採用了更先進的材料和技術方案。
目前我國已經宣布了2030年的載人登月計劃,相信我國在航天技術和航天材料上還會更進一步。
參考資料:
中國青年網 《神十六「黑科技」:返回艙舷窗塗層可以自清潔》2023.5.31
中華人民共和國人民政府《我國載人飛船黑障區跟蹤測量取得重大突破》2023.6.4
光明網《印度總理莫迪:2040年載人登月,2035年建空間站》2023.10.19
新華社《神舟十六號載人飛船返回艙成功着陸》2023.10.31