在2024年11月15日晚上11点多,天舟八号货运飞船成功发射升空,采用的是3小时快速交会对接的模式,对接到中国空间站天和号核心舱后向端口。
这是今年第四艘前往中国空间站的飞船,也是今年最后一艘前往中国空间站的飞船了。按照计划,在明年还会有3艘飞船会前往中国空间站,其中包括神舟二十号飞船、神舟二十一号飞船以及天舟九号货运飞船。
在11月13日,天舟八号货运飞船和火箭组合体就已经垂直转运到了发射区,进入发射倒计时阶段了,当天还进行了全区合练。根据公布的信息,天舟八号货运飞船要比之前的几艘天舟货运飞船都更加强大。
虽然从天舟六号货运飞船开始,新一批次的飞船都进行了升级,但和天舟六号、天舟七号货运飞船相比,天舟八号货运飞船又增加了200 多升、100 多公斤的载货量。这意味着天舟八号货运飞船可以搭载更多的物资,支持航天员在轨生活、工作更长时间。按照计划,天舟八号货运飞船搭载的物资不仅仅给神舟十九号航天员们使用,还能给神舟二十号飞船的航天员使用。
而且,在这次飞行任务中,还有一个神秘的“乘客”,那就是由中国科学家模拟月壤成分烧制而成的“月壤砖”。这些“月壤砖”在被送到中国空间站后,就会在空间站上进行太空暴露实验,来验证它们能否成为在月球上建造房子的建筑材料。
相信很多网友都看了天舟八号货运飞船发射时的直播,天舟八号货运飞船和之前发射的神舟载人飞船一样,在发射升空的时候都不会出现剧烈燃烧的现象,但是当它们结束飞行任务从中国空间站撤离后,都会经受高温的灼烧,其中天舟货运飞船会直接在大气层中剧烈燃烧,最后燃烧殆尽化为灰烬,而神舟载人飞船返回舱则可以安全着陆到地面。这是怎么回事?飞船返航的过程中到底经历了什么?
飞船返航为什么剧烈燃烧
不管是载人飞船还是货运飞船,又或者是探测器、卫星、航天飞机、其他的航天器,它们在发射升空时都不会剧烈燃烧。这是因为火箭组合体在发射升空的过程中是不断加速的,它们一开始的速度是0,随着火箭推进剂不断燃烧,火箭组合体的重量会越来越小,加速度会越来越大,火箭组合体的速度也会越来越大。
不过随着火箭组合体的速度越来越大,它们的高度也会越来越高,高空的空气密度则会越来越小。最重要的是,火箭组合体本身的重量很大,所以在发射阶段火箭的加速不会非常快,即使穿过了卡门线进入外太空,一开始的飞行速度也只有3公里每秒左右而已。
此时飞船的速度还不算很快,而空气已经极其稀薄,所以气动加热效应并不强烈,外部温度相当低,没有达到剧烈燃烧的程度。而飞船返航时的情况就完全相反了。
在外太空飞行的飞船、探测器、卫星、火箭残骸等航天器的飞行速度都相当快,像中国空间站的飞行速度就接近7.9公里每秒,当飞船从外太空返回地球的时候,速度也会超过7公里每秒。这个速度远比飞船发射升空进入太空时的速度快得多。
当飞船以超过7公里每秒的速度再入大气层时,由于在高空中空气密度比较小,所以再入大气层后一开始受到的空气阻力不大,速度不会明显下降。而随着飞船高度不断下降,空气密度也会随之不断增大,速度会逐渐减弱,但是飞船外部的气动加热效应却会变得越来越强烈,导致飞船外部温度超过1000℃。
这是没法避免的事情,因为飞船重返地球的过程中,再入大气层时相当于把势能、动能转化为热能。由于飞船外部温度相当高,所以飞船外部看上去就像被大火包围着,有不少航天员在接受采访时就曾经提到飞船返航时的感受,他们表示就像坐在《西游记》太上老君的炼丹炉里那样。
当然,大家也不需要担心,虽然外部温度如此高,足以让绝大多数材料化为灰烬,但是载人飞船并不会被烧毁。以神舟载人飞船为例,这款飞船由轨道舱、推进舱、返回舱3个舱段组成,其中返回舱就是将航天员安全送回地面的舱段,而轨道舱、推进舱则不需要安全返航。
为了让返回舱能够安全着陆,科学家在设计返回舱的时候就考虑到了这些高温的问题,在返回舱外部涂有烧蚀材料、隔热材料,底部还会专门安装一个耐高温的防热大底来保护返回舱。
通过各种各样的措施,即使返回舱返回地球的过程中需要经受超过1000℃高温的灼烧,但是返回舱内部却不会被烧坏,温度也会很舒适。而且,飞船在返航的过程中,航天员也会穿着舱内航天服,舱内航天服其实也相当于小型的载人飞船,可以给航天员提供一个恒温恒压的环境,确保万无一失。
货运飞船、卫星、火箭残骸、飞船推进舱和轨道舱的情况就没这么好了。这些航天器没有经过特殊的处理,所以它们在重返地球的过程中经受这么高温的灼烧时,航天器的材料就会燃烧起来,在空中解体,最后燃烧殆尽化为灰烬,一般都是只有少量残骸没有完全燃烧殆尽而已。
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