在5月29日这一天,神舟二十一号航天员乘组顺利乘坐神舟二十二号飞船返回地球。这可能会让一些网友感到困惑:明明是神舟二十一号的航天员在轨道上执行任务,为什么归来的却是神舟二十二号飞船?神舟二十一号飞船到底去了哪里?其实答案很简单——神舟二十一号飞船早在半年前就已经完成返航,当时距发射仅半个月左右。
之所以发生这样的安排,是因为在神舟二十号飞船准备返回地球时,航天员发现返回舱的舷窗玻璃出现了细微裂纹。这种裂纹在飞船再入大气层时可能会成为致命隐患——飞船在重返地球大气层的过程中会经历超过1000℃的高温灼烧,而受损的舷窗玻璃很难确保航天员的安全。 为了确保神舟二十号航天员能尽快安全回地面,工程师们做出了果断的决定:让当时才飞行半个月的神舟二十一号飞船提前执行返航任务,替神舟二十号航天员顺利回地面。随着神舟二十一号飞船撤离,后续的神舟二十二号飞船也顺理成章地提前发射升空,接替在轨任务。 这样一来,中国空间站上原本的神舟二十一号航天员就需要新的飞船来执行返回任务。而神舟二十号的返回舱舷窗仍然受损,无法载人回地球,因此神舟二十二号飞船成为了本次返航的唯一选择。这也就解释了为什么此次返回地球的并非神舟二十一号飞船,而是神舟二十二号。 神舟二十二号的安全返航是一个极其复杂而严密的过程,需要在极短时间内完成一系列精密操作。其中一个关键环节,是在距离地面约10公里的高度开始降落伞减速。 飞船从太空返回地球时,空气阻力会逐渐降低飞船速度。尽管气动减速作用明显,飞船在近地轨道的速度接近地球第一宇宙速度——每秒7.9公里,进入大气层后,气动减速只能将下降速度降低到大约每秒200米。如果不采取进一步措施,飞船将直接撞击地面,航天员的生命安全无法保证。 理论上,飞船可以使用发动机来进行全程减速,但在实际操作中并不现实。首先,返回舱本身几吨重,如果全程用反推发动机制动,燃料消耗将非常巨大,而返回舱的空间有限,无法携带足够的燃料。如果想装够燃料,就必须增大飞船体积,但更大的飞船意味着更重的自重,需要消耗更多燃料减速。 此外,如果全程依赖反推发动机减速,一旦发动机出现故障或其他意外问题,飞船将无法确保安全着陆。 综合多方面因素,无论是神舟飞船、俄罗斯联盟号载人飞船,还是美国的载人龙飞船与猎户座飞船,在返回地球时都没有使用发动机进行全程减速,而是采用降落伞减速方式。 飞船返回舱体积有限,进入大气层后空气阻力不足以让飞船减速,而打开面积巨大的降落伞,则大幅增加迎风面积。以神舟飞船为例,其返回舱主伞面积达到1200平方米,有了如此巨大的降落伞,返回舱的下降速度可以从每秒约200米降低到每秒7米左右。 有人会好奇,为什么神舟和联盟号只需打开一个主伞,而美国的载人龙飞船却要同时打开四个主伞?这主要取决于飞船自身重量和设计。神舟返回舱自重远低于龙飞船,单个主伞即可完成任务,而龙飞船自重大,单伞面积若过大,将面临巨大的开伞冲击力,对材料和工艺要求极高。 美国载人龙飞船选择四伞同时伞降,每个降落伞分担飞船重量,冲击力降低,安全系数提高。中国新一代梦舟载人飞船也采用类似策略,但使用三伞模式。梦舟每个主伞面积为800平方米,三伞总面积达到2400平方米,与神舟飞船的单伞相比,单伞面积更小,但多伞组合实现了更高安全保障。 从技术角度来看,神舟飞船完全可以采用多伞模式,但没有必要,因为单伞已能胜任降落任务。多伞模式还存在技术挑战,例如开伞时伞绳可能缠绕,增加操作风险。还有网友可能担心,如果神舟返回舱的主伞在伞降过程中破损,飞船是否还能安全着陆。其实不必担心,神舟返回舱配备了一套备份主伞。如果主伞出现问题,飞船会切断主伞并迅速打开备份主伞,形成双重保障,确保航天员顺利回到地球。