嫦娥五号回家在即,月球样本能“扛得住”与大气摩擦的超高温吗?

2020年12月11日22:50:20 科学 1254

嫦娥五号任务是一项伟大的壮举,是近44年来,人类再一次进入月球上采集月壤样本的举措,对于全中国和全世界来说都意义非凡;就连多次登月成功收集月球样本的美国,也不惜低下头,想与中国一起分享成果。

目前嫦娥五号探测器已经在太空中完成了大半的任务,从发射靠近月球进行绕月,到登陆月球开始采集样本,再到离开月球都已经顺利完成,就差圆满落地回家了;似乎一切都来的很快,从11月24日4时胖五将嫦娥五号探测器送离地球,到12月6日12时嫦娥五号探测器的上升器将月球样本送离月球表面只用了不到13天的时间,有点速战速决的意思了。

当然在月球上取样的任务远没有我说的这么简单,需要克服重重困难,以及不断试验尝试拥有大量的资源与技术储备才能做到,同样将样本顺利送回地面也需要克服众多困难。

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大家都应该还记得宇航员乘坐太空舱降落到地面时出舱的画面吧;宇航员坐在凳子上,而身后的太空舱却一片漆黑。这正是因为太空仓在返回地球时,速度太快与大气摩擦所产生的超高温烧黑的。或者是太空空中掉落到地表的陨石都是如此。通常表面有灼烧过的痕迹。

那么一个物体从太空着陆地球地面经过大气层时,究竟需要承受多高的温度?

“热障”与“黑障区”

高速飞行的陨星进入大气层与空气剧烈摩擦,会发生猛烈燃烧而发出的光亮。当宇宙航天器完成任务返回地球时,面临着与陨星同样的残酷生存环境。“研究表明,当宇宙飞行器的飞行速度达到3倍声速时,其前端温度可达330℃;当飞行速度为6倍声速时,可达1480℃。宇宙飞行器遨游太空归来,到达离地面60~70千米时,速度仍然保持在声速的20多倍,温度在10 000℃以上,这样的高温足以把航天器化作一团烈火”。高速导致高温,这似乎是一道不可逾越的障碍,人们把这种障碍称为“热障”。

返回舱在此区域下降到一定高度时,会接收不到地面发送的无线电信号,地面也接收不到返回舱发送的无线电信号,因此,这一区域也被称为无线电“黑障区”。

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珍贵的月球样本能“扛得住”与大气摩擦的超高温吗?

其实我国早年在已经进行过相关试验,为嫦娥五号探测器返回时作出了充分的准备。为了让样本不在不在大气中被超高温烧毁,嫦娥五号在穿越大气层时选择了“弹跳式”再入返回技术。以下为返回模型图

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当嫦娥五号第一次进入大气层时会以每秒11.2公里的第二宇宙速度进入,如果这样直接穿过大气层直接到达地面,那么样本必将在大气中被烧毁,但只要返回舱第一次进入大气层前调整好一个角度,那么返回舱就会像打水漂一样,弹出大气层发生第二次进入大气层的现象。这样就能让返回舱在进入大气层时的初始速度降下来。初始速度越小,返回舱在大气层中所受到的最高温就会降低,从而保护了返回舱以及内部物体的安全。

而且在返回舱的外层,安装有特殊的烧蚀材料,这种材料气化热大,热容量大,绝热性好,向外界辐射热量的功能强。当返回舱在与大气层发生剧烈的摩擦时,表面的烧蚀材料会通过分解、熔化、蒸发、升华、侵蚀等物理和化学变化带走大量的热量,达到控制返回舱表面温度的效果。

所以我们的宇航员能够顺利返回地球,离不开烧蚀材料的功劳。我相信宇航员的身体都能承受住返回舱的环境,月球样本也能承受得了。况且月球样本在月球表面所处的环境本就恶劣,没有大气层包裹的月球表面白天最高温度160℃,夜间最低温度-180℃。

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烧蚀材料的实验数据

此外月球样本的降落地点在内蒙古四子王旗航天着陆场,这里地势平坦开阔,没有大的河流湖泊,全年干燥少雨,空气能见度高,地表结实,能够保证月球样本平安到家。

总结

我国科学家们为这次的任务作出了充分的准备,为嫦娥五号探测器设计了独特的“水漂式”返回方式,以及特殊的航天隔热材料和安全的着陆地点,来确保嫦娥五号的顺利返回。

因为整个任务的大部分都已经成功完成了,相信最后的返回任务一定也能顺利完成,所以我们就安心的等待嫦娥五号探测器好消息传来吧!

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