太空中没有火箭和发射塔,3位宇航员是怎么回到地球的?

神舟十四号的返回舱带回我们国家的三位宇航员,全国上下的人们都对此很激动。众所周知,神舟去到太空,在地面是依靠火箭发射到太空的。但发射之后,火箭就自动脱离了。返回舱在空间站没有火箭的助力,是如何返回地球的呢?

太空中没有火箭和发射塔,3位宇航员是怎么回到地球的?

冲出地球,需要达到什么速度

随着科技的发展,航天器也在不断地进步。将飞船送出地球,需要很快的速度,接下来让我们了解一下。

根据科学家严格的计算,要想将航天器送出地球,需要达到7.9公里每秒的速度。一旦速度小于7.9公里/秒,航天器将会被地球引力拉回最终坠毁。

我们以神舟为例,升空利用火箭中的大量燃料燃烧产生推力来克服地球引力。从物理学解释,F(力)*T(时间)就是冲力,这个力量能够推动航天器向上飞行。火箭内部的构造是极为复杂的,我们大致可以分为外壳和燃料两个部分。最上方是封闭的模式,呈现出尖头的形状以减少阻力。尾部安装了尾喷管,当燃料燃烧时会产生很大的气体,从尾部冲出产生推力。

太空中没有火箭和发射塔,3位宇航员是怎么回到地球的?

火箭想要飞出地球,需要多级火箭助力。火箭的下端由1-3级组合而成,1级火箭率先发动,随着一声巨大的轰鸣声从里面离开。一级火箭助力起飞十几秒之后,运载火箭将会按照规定的程序控制方向。100秒的时间,将会上升至70公里的高度。1级火箭助力飞行之后将会自动脱离,由2级火箭助力,直到3级火箭燃烧殆尽。

神舟五号火箭总共的重量为480吨,其中有430吨为燃料。也就是说,发射一次火箭耗费的燃料高达400多吨,才能够让火箭冲出地球。

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返回舱没有火箭助力,如何回到地球?

火箭冲出地球之后,上面的燃料基本上都耗费完了。那么,在空间站我们又没有火箭,也没有发射塔,返回舱如何回到地球呢?

返回舱回地球不仅仅只依靠一个舱位,首先,非常肯定的一点是,想要离开空间站返回地球需要有推力,推力从何而来?

返回舱的前面是轨道舱,主要用于留轨实验以及提供航天员生活场所。简单来说,这部分主要是工作以及生活使用的舱位。返回舱要离开太空时,它将会启动自动脱离程序,驶入自己的运行轨道继续执行任务。

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返回舱的后半部分连接着一个推进器,这个是返回舱离开太空的主要动力来源。提供推力,并且带有这两块太阳能板能够收放自如,上面有太阳敏感器以及各种天线。太阳能板可以将太阳能转换为能源,也可以与地面进行联络。

启动之后,将会有一股巨大的推力迫使返回舱离开太空,同时将会控制运行轨道驶入地球。驶入地球时,它就完成了自己是使命将会自动脱离返回舱坠入大气层被高温烧得灰飞烟灭。

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为何离开地球需要巨大推力,离开太空只需要一个推进器?

可能大家会很好奇,神舟冲出地球需要巨大的火箭,配置480吨的燃料才能成功将火箭送入太空。而返回舱的推进器,很明显从重量上跟火箭就不是同一等级的。为何返回舱回地球时,只需要一个推进器?

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要知道,在地球上有地球引力,每个星球都会有引力,但引力的大小却截然不同。在太空中,引力确实也是存在的,不过向心力却很小。因此,我们在太空中处于一种失重状态。在这种状态下,我们可以用公式计算:

a=g时,我们的支持力设为N,根据牛顿第二定律计算:

mg-N=mg

由此可得N=0,那么在太空中物体对支持物的压力几乎可以忽略不计。

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所以,在太空上跟在地球上完全不是一码事,也就不能放在一起对比。在太空中,几乎是漂浮的状态,而在地球上有吸引力的作用,这种情况是根本不可能存在的。举个简单的例子,人在地球上向上跳,不管跳多高最终都会很快落地;在太空中跳跃一下,可能会很高,之后不知道飘到哪里去了,这就是本质的区别。

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所以,返回舱离开太空根本不需要火箭那么的大推力,因此就算在太空没有火箭,也没有发射塔,失重环境中在推进器的作用下依旧可以让返回舱驶入地球,回到我们的家园。

返回舱如何保证宇航员的安全

想要成功返回地球,保证安全是第一位。返回舱是最重要的部位,里面搭载着我们的宇航员,需要为他们保驾护航,让我们我们先了解一下返回舱的构造。

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返回舱由三个部分组合而成,第一个部分是座舱,这个是航天员呆的区域,里面配置了座椅、仪器、磁带、实验的样品、最核心的实验数据以及应急物品等。

返回舱的外层是厚厚的防热层,这部分使用了特殊的材料制成。经过大气层时,摩擦时产生的高温会使这部分燃料,通过燃料带走大量的热量以保证座舱的温度平衡。科学家发现,大钟的形状会更利于防热,所以我们的返回舱都是大钟的形状。

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推进器启动之后,让返回舱离开太空驶入地球。驶入地球之后则不需要动力了,因为没有速度的情况下,在重力作用下将会依靠着地球的引力做自由落地运动。由于返回舱重量7.8吨,速度也是非常快的。此时只需要减速,根本无需动力加速。

抵达地球上空之后,返回舱将会开启减速模式。同时依靠着返回舱的第三个部分(降落伞),达到缓冲减速的效果。返回舱一共设置了4把降落伞,一个主伞,一个减速伞,一个引导伞,还有一把备用伞。在地球上空,不断打开降落伞减速,返回舱靠近地面1米的距离将会启动反推模式,从而达到成功着陆的目的。

太空中没有火箭和发射塔,3位宇航员是怎么回到地球的?

随着科技的不断发展,我们的航天技术也有了质的飞跃。我们不停地在探索着,期待着能够发现更多未知的领域。习大大说,“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国是我们不懈追求的航天梦。”

航天工业对于人类的发展起到了巨大的作用,所以我们也必然要加大投入参与其中。作为亚洲的航天大国,航天技术不仅仅体现着我们的综合实力,也是探索浩瀚宇宙迈出的重要一步。希望我们国家的航天技术发展能够越来越好,可以更快地迈入新的里程碑!

参考资料:

航天城的科普“推进器” 四川科技报 知网 2006-02-07

太空中的微重力就是没有地球引力吗? 百科探秘 知网 2016-12-25

作者:怡君 校稿编辑:李子

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