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宇宙飛船重返地球 為什麼這個秘密從來不提?

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一般地說,太空飛行器返回地球時主要分三個階段:

一是剛進大氣層。此時太空飛行器速度非常快,比第一宇宙速度稍低,但此時大氣稀薄,降落傘無法正常打開。

二是太空飛行器進入黑障區,此時大氣密度上升,而太空飛行器速度依然很快,由於壓縮底部空氣,動能轉化成空氣內能,與太空飛行器接觸的空氣溫度急劇上升,導致其外表面溫度升高,主要是底部,太空飛行器表面產生電離層,與外界通信中斷,此時如果打開降落傘,降落傘所受瞬時作用力巨大,極大可能會撕斷,只能墜毀。

三是脫離黑障區後直到著陸的階段,此時由於前一階段大氣的摩擦阻力,速度已經大大降低,而大氣密度也足夠大,此時開傘既能起到減速的作用,同時太空飛行器所受瞬時加速度也不至於太大,因而可以安全有效的降低太空飛行器的下降速度。

02

宇宙飛船返回地球要看是什麼樣的宇宙飛船,如果是近地軌道的那種,比如神舟、聯盟等,返回地球的速度不會超過第一宇宙速度。如果是阿波羅登月飛船,那麼速度可解決第二宇宙速度,這與返回的軌道有關,處於什麼的軌道,對應什麼樣的速度。不論如何,宇宙飛船返回地球都需要反推制動。我們假設太空中有一個相對地球靜止的飛船,如果它要向某個方向運動,就需要向反方向以一定的速度拋射一定質量的物體。這個物體一般是火箭發動機的燃氣,我們稱之為工質,由於動量守恆,飛船會獲得向前的速度(動量)。

動量和衝量單位相同。所謂衝量,就是作用力效果隨時間的積累。換言之,如果物體的動量發生改變,物體必然會受到力的作用。這裡飛船收到的就是發動機的「推力」。如果飛船要減速、停下來,那麼就需要向反方向拋射物體。這是飛船的速度會逐漸減小,直到停止。對於重返大氣層的飛船,在進入返回軌道的時候就需要發動機制動,降低速度,精確控制切入大氣層的角度,不然飛船就會如同水漂一樣被稠密的大氣層反彈出去,無法返回。在地月系內運行的宇宙飛船速度都不快,而一些掠過地球、通過其他行星引力加速的飛船,返回地球就不是這樣了。

這樣的探測器或者飛船還會受到各種天體的引力作用,其運動會更加複雜。比如美國宇航局的朱諾木星探測器,利用火星進行兩次引力加速,第二次掠過地球的速度超過了第二宇宙速度。但是目前的飛船運動控制,基本原則還是建立在牛頓三大定律和動量守恆之上的。

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哥們你以為只有上天才需要克服地球引力做功嗎?下降一樣需要的,宇宙飛船重量和高度都是非常大的,所以重力勢能也是非常誇張的,能量守恆原則,自由落體,高度降低重力勢能必定會轉化為動能,速度肯定非常快。

減速常用只有兩種方法,一是曾經美國鬼子的太空梭,靠滑翔,增加降落的距離從而增加空氣阻力做工的時間,達到減速的目的。

一是現在都在用的減速傘,用巨大的阻力短時間就可以減速到可以接受的速度了。

至於緩緩降落,但是實現有難度,以上兩種方法都是靠的空氣阻力,但是大氣層厚度有限,可以減速的時間有限,無限增大降落傘技術難度比較大,而且阻力瞬間太大會拉斷繩索的,用燃料反推,不好意思,升空時候基本都用光了,增加燃料攜帶量,這個成本太高,也不是必須,所以基本只有落地瞬間反推達到可以接受範圍內的速度就好。

責任編輯: 夏雨荷  來源:爆笑精彩短片 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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