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宇宙飛船返回地球時,為什麼要加速穿越大氣層,而不是減速返回?
2023/08/03

宇宙飛船是人類目前最常用的往返于太空的飛行器,它一般都是由火箭發射升入太空,執行完任務之后再自行變軌返回地球。但是有一個非常奇特的現象,就是在宇宙飛船返回地球的某一段時間,不但不能進行減速以減少空氣摩擦產生高熱的風險。

反而還要進行加速返回地球,為此還在宇宙飛船的表面做了大量的隔熱設計以保護飛船內宇航員的安全。那麼為什麼不能在宇宙飛船進入大氣層時進行減速?這樣不是更能保護宇航員的人身安全嗎?

其實對于航天有一些了解的朋友都會明白,宇宙飛船返回地球最困難的莫過于兩個方面,一個是變軌,另外一個則是穿越所謂的黑障區。宇宙飛船用火箭發射進入太空的固定軌道,在軌道內執行相關的航天任務或者是與軌道上的空間站進行對接運送貨物。

在完成以上的任務之后,宇宙飛船墜入大地層墜毀或者攜帶空間站的宇航員返回地球。其中返回地球的宇宙飛船并不是一艘普通的飛船相對于使用完便拋棄的宇宙飛船來講,這種載人宇宙飛船需要更高的科技含量和技術,因此他們設計的往往比較大。

宇宙飛船若要返回地球,特別是載人宇宙飛船,首先第一步做的就是要實行變軌。所謂軌道變化就是指航天器原先在太空是圍繞地球做圓周運動,與地球始終保持一定的距離不會掉到地球上。而變軌則恰恰相反,它就是要利用發動機推動航天器向地球一側運動,使其能在地球表面降落。所以變軌是實現宇宙飛船在地球降落的一個非常重要步驟。

眾所周知,地球對于周邊的物體它都是有引力的,太空中的宇宙飛船,同樣也是如此它受到地球引力的影響圍繞著地球做圓周運動。若宇宙飛船要返回地球,只要脫離原有的軌道向地球內移動這個時候需要一定的反作用力,反作用力往往都是由發動機來提供。

用簡單的話來說就是若想在地球運動,必須要有一定的速度向地球移動才行。并且這個力需要保持在一定的范圍之內,不能大也不能太小,因此這就注定了宇宙飛船返回地球時必然有一個高速的推力將其推向地球。

一般情況下宇宙飛船返回地球,在達到一定的速度之后,還要使其與地球表面的夾角成為三度,只有這樣才能剛好返回地球。倘若夾角太大,則會與地球擦邊而過,永遠無法再返回地球。倘若夾角太小,宇宙飛船就會像一塊石頭一樣直接砸向地球,根本就沒有減速的可能性。因此可以看出返回地球也是需要一定的速度的,所以在與地球達到夾角完美契合之前是不能減速的。

還有很多朋友會質疑完成了地球與宇宙飛船之間的夾角之后,那為什麼不能馬上減速呢?當我們與地球完成夾角契合之后,宇宙飛船便會向地球運動,最終在地球降落,這是一整套完整的飛船著陸程序。

但是若此時想要進行減速,雖然在一定程度上可以減少與大氣層的摩擦,使其更加有利于保護宇宙飛船內的人員安全。因為在宇宙飛船返回地球時,其表面溫度高達2000度以上,這是一種非常恐怖的熱能量。曾經就有美國的航天飛機,因為小小的失誤在高空對這2000度的高溫所摧毀。

但是飛船的減速此時因為在這大氣層稀薄的地方,降落傘似乎沒有太大的用處,只能夠使用另外一種技術,就是反向火箭進行點火。

也就是在飛船底部安裝一系列的反推火箭,使其飛船在進入大氣層,初始階段便開始點火,為飛船減速。這樣的技術在目前來講是很難實現的,因為大氣的最外層空氣非常的稀薄。此時使用反向火箭,則很容易將飛船又重新推出地球,使其降落失敗甚至危害宇航員的生命。因此在降落的初期是不能使用任何減速的。

就目前為止,航天器的主要減速階段是在進入濃密的大氣層之后的減速。但是也不能太快,首先減速主要是靠降落傘。降落傘的主傘雖然能夠很大程度上減慢飛船的速度,但是不能馬上使用主傘。

飛船首先會使用較小的引導傘,引導傘的作用并非減速,而是利用空氣阻力拉出減速傘,減速傘只能輕微的減減慢飛行的速度,同時它也為主傘的打開創造條件。等到主傘打開的時候,實際上已經距離地表很近了,此時速度大大降低,然后再配合飛船底部的反推火箭,則大部分情況下都可以安全的降落。

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