12月17日凌晨1時(shí)59分,離開地球23天的嫦娥五號(hào)順利返回地球,在我國(guó)內(nèi)蒙古四子王旗著陸場(chǎng)安全著陸,至此中國(guó)探月工程“繞落回”三步走圓滿收官,獲得的2公斤月球樣本也將幫助科學(xué)家深入的了解月球演化問(wèn)題,其實(shí)更重要的是對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證,為未來(lái)載人登月打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
往近了去看,嫦娥五號(hào)返回器表面被燒的烏黑一片,我們都知道這是返回器高速運(yùn)動(dòng)中和大氣層摩擦所致。
那么問(wèn)題出現(xiàn)了,為何嫦娥五號(hào)發(fā)射的時(shí)候完好無(wú)損,返回的時(shí)候卻被燒的烏漆麻黑?
人類進(jìn)入航天探索時(shí)代,發(fā)射了大量的衛(wèi)星以及飛船等,當(dāng)它們?nèi)蝿?wù)完成后有些受控會(huì)再入大氣層燃燒殆盡,避免成為太空垃圾,對(duì)未來(lái)的探測(cè)任務(wù)造成影響。
當(dāng)這些返回式衛(wèi)星、火箭的殘留物或者一些報(bào)廢航天器,它們具有很高的速度,入大氣層后速度會(huì)持續(xù)增加,摩擦生熱以及壓縮空氣做工產(chǎn)生的熱量越來(lái)越大,這些航天器表面會(huì)獲得上千攝氏度的高溫。
像嫦娥五號(hào)返回過(guò)程中,軌道器和返回器在距離地面5000公里高度左右的時(shí)候分離,此后返回器帶著月球樣本高速?zèng)_擊地球大氣層,速度可以達(dá)到10.9公里每秒,已經(jīng)快要接近第二宇宙速度。這個(gè)速度對(duì)于返回器來(lái)說(shuō)太快了,如果直接扎向地面的話溫度會(huì)非常高,導(dǎo)致返回器損壞,重要的時(shí)候會(huì)影響所攜帶的月球樣本理化特性。
因此只能采取半彈道跳躍式返回的方式再入大氣層,簡(jiǎn)單來(lái)理解就是打水飄。
返回器以一定角度進(jìn)入地球大氣層,受到稠密大氣的反彈作用,返回器彈回太空等再入大氣層的時(shí)候速度就會(huì)減小,當(dāng)返回器速度減小后氣動(dòng)加熱的效應(yīng)減小。
但是當(dāng)嫦娥五號(hào)發(fā)射的時(shí)候卻不用考慮這些,也不會(huì)摩擦生熱被燃燒,大約有以下三種原因:
1、長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭把嫦娥五號(hào)送入太空,火箭上方有整流罩保護(hù),這是用特殊防熱材料構(gòu)成的保護(hù)結(jié)構(gòu),可以保護(hù)衛(wèi)星免受氣動(dòng)加熱的影響;
2、火箭發(fā)射速度是遞增的,超過(guò)第一宇宙速度就會(huì)飛出地球,在濃密大氣層中飛行的時(shí)候速度相對(duì)較低,而像返回器是以高速度進(jìn)入大氣層的;
3、為了節(jié)省飛行燃料,盡快地離開大氣層,火箭多采用垂直發(fā)射的方式,走最短的距離盡快穿過(guò)大氣層。
像我國(guó)嫦娥五號(hào)的返回器路線就非常曲折,它由于入大氣層速度很快,可以達(dá)到第二宇宙速度,在大氣層中以如此高的溫度飛行,可能會(huì)讓返回器燃燒,影響攜帶的月球樣本理化特性,因此采用了半彈道跳躍式返回的方式再入大氣層,跟大氣層之間的相互作用摩擦生熱,以及高速運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)加熱,最后嫦娥五號(hào)返回器變得烏漆麻黑的。
當(dāng)然返回器雖然看起來(lái)燒的非常嚴(yán)重,但由于特殊的設(shè)計(jì),內(nèi)部不受影響,外部燃燒是正?,F(xiàn)象并且不可避免的。
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