神舟十三号飞船返回舱需要多长时间神舟十二号返回地球需要多少分钟?

钱江晚报·小时新闻 记者 郑琳

据新华社报道,经过了180多天的在轨飞行,神舟十三号即将返航。从3月28日,三名航天员已经开始返航的准备。神舟十三号的返航,意味着中国空间站技术的验证阶段进入了尾声,随之而来的将是空间站大建设阶段,中国航天将进入有史以来最辉煌的时期。

那么,返航过程有哪几个阶段?三名航天员在太空出差六个月,对他们的身体会有什么影响?本期我们邀请浙江大学航空航天学院孙书剑博士给同学们解读。

过去6个月,神舟十三号飞船一直停泊在中国空间站码头上,距离地面约400公里。

“本次任务,已经实现了我国航天员的在轨长期驻留。”孙书剑说,“他们开展了大量的在轨实验,积累了宝贵的数据。”那么返回地球时,他们会经历什么呢?

神舟十三号的返航过程会比神舟十二号快得多。因为,神舟十二号在返回前执行了一个特殊的任务,与空间站径向对接测试。为此,它围绕地球转了10几圈才返回地面。

神舟十三号飞船采用快速返回技术,返回时长缩短至4-6个小时。神舟十三号返回过程可以细分成4个阶段:制动减速阶段,自由滑行阶段,再入大气层阶段,着陆返回阶段。

在制动减速阶段,神舟飞船与空间站分离后,进入返回前的过渡轨道,要经历两次调姿,第1次调姿,飞船由竖向飞行改为横向飞行;第2次调姿,飞船由横向飞行改为反向飞行,进行第1次太空刹车,然后抛掉轨道舱。

在自由滑行阶段,神舟飞船在地球引力的作用下做自由落体运动,这也是航天员最轻松的过程,可以欣赏舱外的美景。当神舟飞船滑落到距离地面约140公里的高空时,返回舱与推进舱分离,接着,返回舱继续快速降低高度。

当返回舱来到100公里高度时,返回舱进入大气层。由于大气密度急剧增加,气体分子的摩擦,让返回舱温度急剧升高,可以明显看得到外表面被烧得通红,但内部温度依旧适宜。返回舱借助着气体分子剧烈摩擦来进行减速。由于温度急剧升高,返回舱外表面发生电离,形成一层电离层,屏蔽了无线电波,于是返回舱会与地面失去联系,这段时间被称为“黑障”。

在距离地面约10公里的时候,返回舱自动打开减速伞 和主降落伞;当距离地面大约5公里,返回舱抛掉底部隔热罩,露出反推发动机。此时返回舱的降落速度大约是5米每秒。这个速度大约相当于跑步速度,但以这样的速度撞地,依然是很剧烈的,所以,当返回舱距离地面很近时,反推发动机启动,再次缓冲降落速度,将速度降至每秒2至3米着地。

在返回地球之前,航天员还有许多重要的工作要做,既要保证空间站在短暂无人的情况下能够正常运转和安全飞行,也要保证自身能够安全稳妥的降落地球,他们还必须对空间站和飞船来一次彻底的“大扫除”。

一般在返程前的两周,航天员在每个工作日都要进行专门的训练,一方面是要重新熟悉神舟十三号飞船的操作流程,另一方面就是要学习应对各种紧急情况时能够及时避险和自卫的方法。

在太空停留五个多月之后,三名宇航员的身高也会发生一定的变化,一般都会比原先长高约3%,这是因为他们长期生活在微重力环境当中,腰椎盘,脊椎以及各种韧带都处于放松状态。这意味着,170公分的航天员,在太空里会“长“到175公分。

神舟十三号的座椅都是根据三名航天员的身高量身打造的,而设计员也会考虑到航天员脊椎可能发生变化这一因素,所以会给座椅保留大约7公分的余地,目的就是为了使身高发生变化的航天员也能以较为舒适的坐姿重返地球。当然,这种身高变化在降落地球之后,受到地球重力影响又会恢复原来模样。

当航天员返回地球以后,突如其来的重力变,通常会让他们感到眩晕或、恶心。因为在空间站,为了适应太空微重力环境,身体会对体液进行重新分配,其中血液体积将会减少20%左右。另外,心脏肌肉的供血的效能也会减弱,因此航天员在着陆时不能像正常人一样直立行走。

顺利抵达地球之后,他们还需要一段时间重新适应有重力的地球生活。比如,每次站起来都会感到头晕目眩,尤其是当水流经耳旁时感觉会更加强烈,所以航天员在回到地球之后,短期之内是不能沐浴洗澡的。

另外,航天员还会习惯性地将东西摆在眼前的空气当中,期待他能够漂浮不动。殊不知,地球的重力影响会将这些东西摔得稀巴烂,航天员还需要承担短期之内经常打碎物件的苦恼。

目前为止,人类上在太空中单次驻留的最长时间是美国宇航员马克·范德·海,他已经在太空连续生活了355天。不过,科学研究表明,长期处于微重力环境,对人体会有不可逆的损伤。航天员在回到地球之后,他们的身体免疫能力通常会很弱,需要进行隔离,目的就是帮助航天员进行康复训练。这种身体上的不健康主要体现在四个方面:

肌肉退化:在失重状态下,通常不需要骨骼肌肉进行拉伸工作,所以它们就会自动萎缩,航天员在太空站立时也不需要脊椎以及腿部肌肉对抗重力,这些部位的能力同样也会变弱,据科学家研究发现,航天员在太空留存不到半个月时间就可能丧失20%的肌肉。

视力下降:国外有研究人员曾对300多名航天员进行观察调查,发现其中60%的航天员都出现过视力下降的情况,目前科学家还没有弄清楚航天员的视力下降到底是什么因素引起来的,但和失重肯定离不开关系。

骨骼流失:长期在太空,很可能造成骨质疏松症,航天员每过一个月就几乎会流失

神舟十三号经历了六个多月的太空旅行,载着三名宇航员的神舟13号在5月16号在内蒙古着陆场顺利着陆。

三名可爱的宇航员分别是翟志刚,叶光富和王亚平,其中王亚平是我国第二位女性宇航员,也是第一位成功在空间站出舱过的女航天员,创造了很多记录的女英雄。

就在16号当天,三名宇航员坐上了回家的班机,下飞机时出现了感人的一幕,只见叶光富和妻子相拥而泣,王亚平亲吻着六个月未曾相见的宝贝女儿,翟志刚虽然已经上天三次,但是这么长时间没看到自己的儿子,依旧抚摸着儿子的脸颊,也许这就是亲情吧!很多人看到这一幕都感动,航天员牺牲得太多了,向他们致敬!

目前,三名宇航员在专业地点进行隔离,但是你们可不要理解错了,这个隔离跟疫情不一样,是因为宇航员长时间停留在太空,身体会发生很多变化,他们需要进行调养,来适应地球环境,同时,会在专业人员的协助下进行三个月的康复,此后,宇航员就能够慢慢的适应过来。

神舟十三号返回舱会经历了分离,轨道运行,大气层惊险五分钟,降落伞急速降速,反推器精准落地五个步骤,这个期间大约花费9个多小时,虽然这次用的技术缩短了很长时间,但还是很久!

国外飞船返回仅仅使用4个多小时,他们是怎么做到的?

近期,国外飞船也返回到了地球,时间上比神舟13号返回舱足足少了5小时。要知道,之前我国的神舟13号返回前执行了一项特殊的任务-完成径向对接测试实验,就花掉了4.5个小时。

九个小时的返回时间意味着宇航员完全可以在返回舱上睡一觉,吃一顿饭。会让人感觉时间太长了,以前神舟12号飞船返回花费了28.5个小时,相比较之下,我国的空间站返回舱技术确实得到了大幅度提升!

但是在近期,国外一个名叫联盟号的飞船返回地面却花费4个小时,返回舱降落在哈萨克斯坦的大草原,但是有人可能要问了,为什么国外和我国用的技术完全一样,他们用时这么短呢?难道还是有差距?

首先我们先要了解他们的飞船返回过程,联盟号第一步要的也是要分离,使用控制推进去将返回舱推到420公里的安全轨道,然后调转飞船方向,此时反推器将返回舱送入到大气层,他们使用的是连续喷射,这个过程持续五分钟,降低了飞行高度和大气层入射角度。

大约花30分钟时间,飞船就来到了140公里高空,然后经过五分钟黑障区,通过减速伞降速最终落在地面,细心的网友应该发现了,他们的整个过程一气呵成,没有在加速轨道中环绕!

反观我们的飞船,虽然在神舟12的基础上缩减了6圈,每一圈环绕的时间需要一个半小时,五圈就需要8个小时,剩下的就是后面四个步骤了!

所以我们的飞船全部是在返回轨道上浪费的,可能还是因为技术不是很精湛,但能够保证的是可以精准地计算出返回预定轨道,每次宇航员能安全到家才是最重要的。

神舟十三号返回地球可以说是过程复杂、惊心动魄,它要依次经过轨返分离、推返分离、再入、过黑障区、开降落伞、开着陆缓冲发动机等关键飞行事件及环节,返回过程还要经过严酷空间环境和轨道条件的考验。不过,在航天科技集团五院技术人员的精心设计下,神舟十三号牢牢把握住了“三个度”,即速度、温度和精度,确保自己安全回家。

神舟飞船在轨道上运行的速度大约为7.8千米/秒,接近第一宇宙速度。在如此快的速度下,要确保航天员的安全,就必须对返回地球后的最终着陆速度进行控制。为此,航天科技集团五院的技术人员在飞船研制阶段开展大量试验验证和数据判读,保证飞船在着陆过程中逐步降低速度,那就是返回前由推进舱轨控发动机实施制动,降低轨道能量和轨道高度,确保飞船再入大气层;返回舱具有特定气动外形,进入大气层后依靠空气动力产生的阻力和升力减速;返回舱运动至距地面附近时打开降落伞,进一步降低速度;着陆瞬间开启返回舱底部的着陆缓冲发动机,最终将落地速度降低到一定范围内。

返回舱进入大气层后,将与空气发生剧烈摩擦,舱体表面局部温度可达上千摄氏度。为了确保舱内温度依然舒适,飞船控温的主要手段就是依靠防热结构对舱内进行保护。为此,航天科技集团五院的科研人员在舱体表面设计了防热涂层,敷设有一层烧蚀材料,当温度达到一定程度时烧蚀材料升华脱落,带走大量热量。此外,返回前会实施“热控预冷”,提前将返回舱温度降低少许。

为使返回舱着陆在指定区域,就必须对飞船着陆点的精度进行控制。为此,航天科技集团五院的技术人员为神舟十三号飞船配备了一套“着陆轻功”,首先是返回轨道维持,调整飞船的轨道平面,使飞船星下点轨迹经过返回瞄准点;随后返回制动,通过制动的速度增量和发动机开机时刻,确保再入角和返回航程,为精准着陆提供保障;最后返回舱升力控制,进入大气层后,返回舱通过一系列姿态机动,巧妙利用空气动力产生的升力,进行航向和横向运动的控制,精准调整预定的着落点,最终平安返回。

神舟十三号已经圆满完成了本次飞行任务预定的各项要求,载誉凯旋。它的安全返回,标志着我国空间站关键技术验证阶段任务圆满收官,即将进入建造阶段。

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