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太空出差三人组
神舟13号与空间站组合体脱离 , 再入大气层后 , 会在东风着陆场着陆 。 相信大家能注意到:每一艘神舟飞船在落地前的一刹那 , 都会冒出一道火光 , 不了解情况的观众可能会误以为发生了爆炸 , 其实那不是爆炸 , 而是着陆反推发动机启动了 。
反推发动机启动是整个着陆过程的一个关键步骤 。 神舟13号飞船的返回舱经过空气制动、降落伞减速后 , 在最后接触地面的一瞬间 , 底部安装的反推发动机会启动 , 完成最后的减速刹车 , 将飞船稳稳地落在地上 。 而反推发动机需要在距离地面约1米高的地方点火 , 不能早也不能晚 , 必须要非常精准 , 这是为什么呢?
反推发动机启动时机要非常精准
在解答这个问题之前 , 有必要先说说神舟13号的主降落伞 。 这个降落伞非常引人注目 , 是世界上最大的降落伞 , 面积达到了1200平方米 , 重量却只有90多公斤 。 如果巨大的降落伞的减速效果当然会非常好 , 可将飞船的下降速度降低到8~10米/秒 , 或者说28.8~36公里/小时 , 但是却不能进一步减速了 。
这是因为如果再增加降落伞面积的话 , 不仅重量和体积会增加 , 还会加剧气流对飞船着陆过程的影响 , 直白一点儿说就是会被风刮跑 , 使得飞船偏离预定着陆点 , 降低着陆精度 , 提高了搜救的难度 。
所以说降落伞不能无限制地增大 , 不过假如飞船以二三十公里的速度直接落地的话 , 也是不可接受的 , 这相当于骑着一辆电动摩托车去撞墙 。 由于航天员是背部朝下面朝天坐在返回舱里 , 如此高的着陆速度有可能损伤航天员的颈椎 , 因此必须进一步减速 。
这时候就轮到反推发动机登场了!飞船装有4台反推发动机 , 这些发动机使用固体燃料 , 非常小巧 , 但力气并不小 , 每台可以产生大约3吨的推力 。 4台发动机一起工作 , 总推力达到了10多吨 , 足以在一刹那将下降速度降低到2米/秒 , 也就是人走路的速度 , 再加上返回舱座椅的缓冲效果 , 就能保证航天员的安全了 。
飞船内的航天员(神舟12)
然而这些反推发动机推力虽大 , 却是一锤子买卖 , 启动之后一下子就烧完了!这就对发动机启动时机提出了极高的要求 。 如果启动过早 , 飞船还处在半空中比较高的位置 , 在发动机关闭之后又会在重力作用下加速下落 , 造成着陆速度过大 。
而如果启动迟了一点儿 , 飞船还没来得及减速就会撞地 , 同样不能将速度控制在安全范围之内 。 那么何时启动反推才最合适呢?必须在飞船距地面1米左右的高度 , 高了低了都不行 , 精度要达到厘米级!这时就会出现一个难题:如果才能判断返回舱的离地高度呢?
如何判断离地高度是个难题
有网友可能会说:这还不简单?中学物理就学过海拔高度和大气压之间有关联 , 高度越高 , 大气压越低 。 通过测量当前的气压值 , 不就能测出高度了吗?这个说法不能说有错 , 例如飞机上就装有气压高度计 , 但主要问题是精度太低了 , 两个高度差只有1米的位置 , 大气压几乎是相同的 , 根本测不出差别 , 无法达到控制点火的要求 。
况且着陆场的地形并不是完全平坦 , 不可能预先知道着陆点的准确海拔 , 因此气压测高法完全不适用于这个场合 。 不过我们还可以考虑另一种方法:无线电测高 。 一般飞机在高度2500英尺(762米)以下时 , 会使用无线电高度计 。 这个装置的原理跟雷达差不多 。
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