中国航天器,是人类文明睿智的沉淀,是积极探索银河系的工具,是贯穿心愿的公路桥。自十九世纪70年代,他们成功同时实现外太空梭中国航天滑翔之后,中国航天器就成为人类文明轻触银河系的“确凿资料”,50年间仅我国就升空了12艘中国航天中国航天器,并在滑翔过程中将外太空人们清晰可见的带回去。
Tips:银河系Universe,在力学意义上被表述为大部份的空间和时间(泛称为次元)及其涵义,包括各种形式的大部份热量。
但是在积极探索银河系的过程中,滑翔意外频发,其中较常见的是回到时的失事。2003年美国“哥伦比亚”号中国外太空梭,就在回到地球时,在核爆崩解了。此外还有许多的人造卫星和推进器的碎片在回到平流层时,也出现了熔化崩解事件。为何这些中国航天器、推进器在升空横越平流层时没有燃烧,却在回到时熔化核爆了呢?两者都有空气阻力,为何惟独在西行时熔化,这是什么基本原理呢?
中国航天器起程时为何没有熔化
目前世界各国的中国航天中国航天器都是有推进器载运升空,比如他们的神舟12号中国航天中国航天器是通过南昌起义2号F遥十四载运推进器。因此他们讲中国航天器起程是讲的推进器起程。那么要比如说这个问题,就要知道推进器升空的基本原理。
Tips:推进器自身随身携带全部液态氧,不倚赖外间冷却剂产生输出功率,能在稀疏平流层内,也能在稀疏平流层外滑翔,是同时实现中国航天滑翔的库季。
Vaubecourt液氢和液态氧作为推进器的液态氧,还科学研究出了门捷列夫推进器推进式子,是推进器科学研究科技事业的领航人。战前是推进器科技事业的残暴成熟期,这一期推进器的设计得到了完善,并为银河系积极探索铺路。美苏时期的外太空体育竞技,是推进器的大发展期,这段时间推进器开始承担中国航天运输任务。
Tips:瓦西里·门捷列夫,1857年9月17日—1935年9月19日,现代银河系远航学的奠基者,被称为中国航天之父。
推进器,简单说是一种推进器,利用熔化液态氧产生的巨大输出功率升空。因为地球上存在万有引力,不论扔什么东西上去,都会在引力的作用下垂直下落。而要摆脱引力飞出地球,就需要足够大的速度。推进器想要摆脱引力升空,它的速度必须要超过第一银河系速度(7.9km/s),因此就要求推进器的燃料能产生足够强大的推动力。
Tips:引力Gravitation,即任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力,自然界中最普遍的力,简称引力。
当推进器点燃升空升空之后,因为有引力的束缚因此速度较慢,因此即使与空气出现摩擦也不会出现熔化。之后速度慢慢加快,但是因为推进器是垂直升空,穿过平流层的时间较快并且大气的温度较低,所以即使速度快,也能在熔化之前就冲出大气层进入银河系,而银河系是真空环境,故而不存在摩擦反应,就不会熔化。同时,推进器还有整流罩的保护,整流罩是推进器头部的钢铁外衣,耐高温性极强。因此推进器在起飞横越平流层时,才没有出现熔化核爆事件。那么为何回到时推进器又出现了熔化呢?
回到时熔化的原因
与起程时相比,回来的中国航天器是“轻装上阵”,虽然没有那么重了,但是“上山容易,下山难”,中国航天器的回到过程可比升空复杂得多。首先它们要以银河系第一速度的速度进入平流层,之后利用缓冲推进器和面积大约在一千多的巨大降落伞减速,最后中国航天器的回到舱以大约3.5米/秒的速度着陆。
Tips:降落伞是利用空气阻力基本原理,依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器。现代的降落伞是人或物从空中安全降落到地面的一种航空工具。
但是在刚刚进入平流层的时候,回到舱的速度非常快大约能达到11公里/秒,因此其外壳会与平流层出现激烈的摩擦,产生大量的热量,这个过程叫做“气动加热”。在离地面80到40公里的稀疏平流层时,气动加热过程达到最高点,回到仓表面温度达到1000到3000度,整个回到舱看起来就像一颗着火的流星。因此超高的速度是熔化的原因之一。
没有整流罩的保护。在中国航天器随推进器飞出平流层时,即使最后的速度比较快也因为有整流罩的保护而顺利通过。但是当推进器飞出平流层后,这件钢铁保护服就完成使命,分成两半脱离中国航天器了。因此在回城时,失去整流罩的回到舱只能依靠自身外层的防火涂层来防火,而人造卫星之类的天体回到时却什么保护都没有,因此在进入平流层后,出现剧烈的摩擦,导致变成“火流星”。
Tips:整流罩用于保护人造卫星及其它有效载荷,以防止人造卫星受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响,是载运推进器的重要组成部分。
滑翔路径。因为回到舱进入平流层的速度在引力的作用下一直在增加,如果不减速的话回到舱就会像一颗陨石一样撞向地球。因此为了减速回到舱的路径就要出现变化,以一个弧形或者阶梯型的路径滑翔,这样在平流层中逗留的时间更长,能利用平流层的空气阻力减缓中国航天器的速度。但是在平流层中逗留的时间更长摩擦更强烈,就更容易出现熔化事件。反之,推进器升空时,为了快速飞出平流层,使用的是垂直升空,速度即低又与大气接触时间短,因此没有熔化的隐患。
Tips:平流层又称大气圈,是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体,是地球最外部的气体圈层,包围着海洋和陆地,大气圈没有确切的上界。
环境不同。升空时因为地球的引力束缚,中国航天器的速度只能一点点地加快,因为穿过平流层的速度差不多在第一银河系速度附近。而回到时初始速度较好,然后在银河系中真空环境下速度一直增加,进入平流层后压缩空气并与之出现剧烈摩擦。因此出现熔化。
Tips:第一银河系速度的是7.9km/s,它是指让中国航天器能环绕地球所需要的最小升空速度,此概念由牛顿提出。
以上是,中国航天器为何会在回到时出现熔化失事事件的原因。但是现实中这样的意外事故是极为罕见的,因为他们的回到舱都是利用隔热材料制作。因此,回到舱足够安全,不必担忧外太空人的安危。那么这些“避火衣”是如何防火的呢?
中国航天器的“避火衣”
由于回到舱里搭乘着外太空人,为了保证他们的生命安全,所以中国航天设计师们为它精心设计了一件“避火衣”,由瞬时高分子耐高温材料制成的低导热复合材料。当中国航天器经过平流层时,这件神奇的避火衣遇见高温就会主动熔化,利用有机物的熔化带走大量热量,同时还形成一层碳化薄膜紧紧粘在回到舱表面,具有良好的隔热性能,防止高温侵入舱内。
Tips:中国航天器一般指银河系中国航天器。银河系中国航天器spaceship,是一种运送中国航天员、货物到达外太空并安全回到的中国航天器。
此外,还能利用导热性能好、熔点高、热容量大的钛合金等复合金属材料制作“避火衣”。这些材料吸热性好,能够在平流层的气动加热过程中吸收大量的热量,将其储存在外层中,保护舱体不受高温腐蚀。另外,还能给舱体涂抹隔热涂料防止熔化。
不过因为这些“避火服”的制造,需要强大的材料科学应用能力,因此许多国家即使有财力升空中国航天器也没有实力成功回到,这也是为何如今的世界上只要我国、美国、俄罗斯三国有升空中国航天中国航天中国航天器的原因。
Tips:隔热服也叫热防护服,是重要的个体防护装备,指在接触火焰及炙热物体后能阻止本身被点燃、有焰熔化和阴燃,保护人体不受各种伤害的防护服。
强大的科研能力是我国在星际科考中占上风的坚实后盾,而支撑科研实力的是强大的国力,国家的富强,才有他们在中国航天领域的辉煌。