导语航天器从太空返回地球时会经历在大气层进入时极端高温的情况,温度高达2000度甚至更高,都高于太阳的表面温度,为了应对这种高温环境,人类设计出各种热防护系统。
这些系统都可以为航天器从太空返回时的高温提供保护,以及为其降落地球前的减速和着陆措施,但其中也有最关键的一个。
实际上,这个重要的系统的作用就像是航天器的一个“遮阳伞”一样,那么这个系统又是什么?同时中美两国针对再入技术方面都有着不同的想法与研究方向,都是利用了充气式再入减速系统,我国最近正加紧测试充气式“防护罩”,而美国可以要等到2020年才能进行防护罩的测试,又为何中美两国在这一方面会有这么大的不同?一、太空“火焰”环境。
人类首次进入太空的时候,可以说这是人类一次重大的胜利,但是在这之后我国在航天方面付出了大量的精力和心血,美国是世界上航天技术最发达的国家之一,他们成功的让人类第一次登陆到月球。
在我国的航天领域中也是不断创新,马可波罗计划、嫦娥奔月都是我国航天业发展中一座座里程碑,同时我国在载人航天成功率上也是绝对高于美国。
但是在航天器从太空返回地球的过程中,我国也曾经遇到了很多困难,这其中就是由于进入大气层时产生的高温问题。
所谓“高压空气摩擦产生的高温”就是指航天器从太空返回地球,在进入地球的大气层后,迎面撞上空气,由于飞船非常快的速度,所以空气在飞船迎面撞压到大气层快速上升,同时在撞击的过程中,这些空气刚直的运动形成非常大的动能,然后这些空气会沿着飞船的表面流动,又很快的从航天器的侧面流向后方。
在这些空气与航天器表面不断接触的过程中,由于此时的速度还没有减慢,而在太空中的速度又是非常快的,大部分航天器以7千米每小时的速度飞行,如果以这么快的速度接触空气,势必会产生很大的空气动压力,从而加热空气,使其达到非常高的温度。
这种情况就好比我们生活中拍车时的摩擦声中发热,同理,空气摩擦飞船表面也会发热,这种情况在太空探测中极其常见,同时飞船在进入大气层后速度也会迅速减小,同时接触大气的空气动力也会随之减弱,这时候发热就会减弱,同时温度也不再变热,这样发热现象就会随着速度减小而消失。
飞船在进入大气层的这段过程中,也正是从航天器的外太空环境到地球的大气环境这一过程中,人类探索外太空最重要的部分,同时也是最有挑战性的部分,也正是在这段挑战性的环境中凸显出各国太空探索的技术进步和能力。
在航天器进入大气层后,就需要有相关的防火罩系统,由于进入大气层后的航天器会在空气动力的影响下,速度迅速减小,这也意味着航天器会受到越来越大的重力作用,从而不断向下加速,最终可以落地。
但是为了防止航天器被高温烧毁,航天器表面都会有特殊的热防护层,来保护航天器,接受来自大气空气摩擦产生的高温,将这些产生的高温从外太空带回来,但是为了进一步保护航天器,还会在航天器的前端安装热防护罩,它就像是航天器的一个“防护罩”一样,将大气层内摩擦空气产生的高温挡在了外面,将航天器的安全隔离了出去,同时将外界的高温同样挡在了外面,保护航天器的内部不受外界高温影响。
二、中美充气式再入减速系统。
航天器从进入大气层后需要依靠防火罩的保护缓慢进入大气层,降低速度最终降落,但是为了航天器能够顺利降落,需要经历9个步骤。
但是在航天器即将要进入大气层的时候,是最为关键的一步,由于在大气层中的厚度、密度是不断变化的,同时这种变化的方法也是混乱不可控的。
所以在航天器在进入大气层的时候,一旦控制错误,摩擦引起的高温太大,航天器就会在大气层中烧毁,这也是科马罗夫和挑战者号等航天事故都是发生在航天器进入大气层过程中。
同时由于这些事故的发生,也让人们意识到进入大气层所造成的高温问题的严重性,于是人们就开始着手研究解决这个问题,然而在我国,2015年,我国的航天科学家也终于找到了解决高温问题的最好办法,那就是采用了充气式再入减速系统。
这种技术的提出早在上世纪70年代就已经有了,但是当时由于技术不够发达,所以无法进行再入,但是随着航天技术和我国自身的技术水平的不断提升,在2015年,我国科学家提出通过充气式再入减速系统来应对再入过程中极端的高温环境问题,这种新型的再入技术便被我国引进并开始对其进行研究。
但是作为航天领域的强国,美国也在充气式再入减速系统方面进行了一定的研究,两国在这方面采取的技术路线并不一样。
我国是从人类进入太空以来参考了航天史上的先例,提出了一种“倒钢琴”的设计方式,这种设计方式可以使航天器在进入大气层时,通过改变形状来调整大气动力的影响,从而减小充气的风险。
同时“倒钢琴”的设计方式还可以在航天器进入大气层后进行多次充气,从而降低速度,实现顺利降落。
而美国则是另辟蹊径,他们是通过将防护罩上的导弹控制发动机改为涡轮扇发动机,从而可以通过发动机的推力来降低速度。
我国的技术有了显著的进步,于是就在我国的航天器上安装了“防护罩”并开始进行测试,而美国的航天技术的进步则阻碍了对“防护罩”技术的研究。
因为美国的航天技术的发达,所以在研制飞船的时候不仅要研究其热防护系统,同时还有很多方面要研究,因此也就导致研制时间的延迟。
美国在测试“防护罩”的时间是在2020年,而我国在2017年就已经开始制造和测试了。
三、加强合作与交流。
中美两国在航天领域有着丰富的经验和技术积累,同时这两个世界上最发达的航天国家之一,其研究成果和技术都是全世界最有参考意义的。
在这个新兴领域充气式再入减速系统的研究中,中美两国不妨进行探讨交流,从中学习和借鉴,这不仅能够为两国航天领域的发展注入新的活力,也是对“创新驱动发展”理念的落地,更是对航天事业的推动。
加强合作与交流,共同推动航天技术的发展进步,在真正攻克技术难关的时候,我们不妨再统一途径和方法途径的同时,选择更加合理高效的方案,这也是太空探索事业的魅力所在。
我国的航天技术的发达离不开中美合作的交流,在这种学习和借鉴中更能够发挥出双方的智慧。
同时有了中美这两大国家的技术的发展,也能够探究更多的再航天技术的领域,比如宇航员的安全返回,深空探测等,同时还有有效载荷回收等等,充气式再入减速系统具有很好的应用前景,可以应用到很多领域,在这种创新思维的引领下,也会带来更多的新型再入技术的突破,这也是对我国航天事业发展的非常大的促进。
我国的航天事业的发展不仅是引以为傲的,同时还能让全球人民看到我国航天技术的先进,同时也能鼓舞国人要为航天事业继续努力。
我国航天器在进入大气层时所表现出色的热防护系统,同样也可以为其他领域的高温环境应用提供了借鉴和启发,这些技术的突破和创新,不仅能尽快的改善我国更多领域的环境问题,同时还会有效的改善全球的环境问题,其视野更为广远。
结语航天技术不断推陈出新,我们需要做的就是不断的进步,在这一结果的路上,有着我们的梦想,我们更应该在科研方面的道路上后顾无忧,技术的问题,让我们来一一攻克,同样在航天安全的原则上,我们也应该要做好质量的控制,还有设备的检测,以确保这些航天器在极端条件的时候能够保证其可靠和稳定。