为什么飞船能够从太空安全回家科普中国

年12月30日，中国成功发射了“神舟”四号飞船。那么，你可知道为什么飞船能够从太空安全回家呢？

年10月15日，中国第一位航天员杨利伟乘坐“神舟五号”载人飞船，在太空飞行了21小时23分钟之后顺利返回地球。飞船返回舱在内蒙古四子王旗着陆。

为什么在太空中高速飞行的载人飞船还能够回到地面呢？这个过程可不像我们坐飞机降落，只要系紧安全带那么简单。飞船返回地面要经历一系列复杂的过程，需要应对与大气高速摩擦产生的高温和振动等一系列问题。

“神舟”飞船在轨道上运行的速度高达7.9千米/秒，要想进入大气层，首先要做的就是制动：制动发动机开始工作，使飞船的轨道高度不断降低，降低到一定高度后，飞船调姿，进入返回姿态，然后返回舱与轨道舱、推进舱分离，开始进入大气层。飞船的减速过程和进入大气层的轨道是经过精确计算的，要求非常精确，必须在特定高度以合适的“再入角”进入大气层。如果再入角过陡，会导致返回舱进入大气层的速度过快，发生剧烈摩擦而烧毁；如果再入角过于平缓，又会像打水漂的瓦片一样被大气层“弹”回外层空间，很可能再也无法返回地面。年，首次实现太空行走的苏联航天员列昂诺夫在返航时，就险些错过最佳再入角，幸好及时调整到位，避免了危险。

你一定看到过闪光的流星划过夜空吧！流星之所以闪光，是因为它以很大的角度高速飞入大气层时，和空气摩擦生热而燃烧起来。同样的道理，当飞船进入大气层时，其速度仍达几千米每秒。与越来越稠密的大气层摩擦，会使得飞船外壳的温度达到℃以上，普通材料难以承受这样的高温。

为了解决这个问题，载人飞船的设计师采取了一系列措施。年，航天先驱戈达德就提出了双层隔热板的概念。他认为“返回物的表面覆盖一层抗高温(不易变质及难熔化)的物质后盖上一层不太导热的耐高温物质，这样返回物的表面就不会受到太多的侵蚀”。比如，航天飞机机身各处就根据所处环境的不同，配置了4种防热瓦，保护机身温度不致太高。“神舟”系列飞船和俄罗斯的“联盟”系列飞船都是一次性飞船，它们采用的是在返回舱的表面涂上特殊烧蚀材料做成防热层的方法。防热层用的是高分子材料，能在短时间内耐高温。“神舟”飞船采用的是石棉、玻璃与酚醛掺和形成的复合材料，其返回舱表面积有22.4平方米，防热材料总质量约千克。飞船进入大气层时，防热层表面部分在热流作用下会发生分解、熔化、蒸发、升华等物理和化学变化，带走大量的热，以减少传入飞行器内部的热流。多种防热层可以使返回舱内部最高温度不超过30℃，从而保证航天员平安穿过大气层。

控制着陆速度是载人飞船安全回家面对的又一难题。一些科幻电影里陨石撞击地球的场面大家都看过，陨石以极快的速度撞击到地球表面，往往会砸出特别深的一个坑。飞船到了距离地面10千米左右高空时，速度虽然已经降到米/秒以下，但以这样的速度与地面撞击，飞船和航天员还是承受不了的。

怎么办呢？聪明的你一定想到了：采用降落伞。“神舟”飞船是“打着3把伞”回家的，它们分别是引导伞、减速伞和主伞。为什么要设计这么多的伞而不是只有一个主伞呢？这是为了避免“刹车”太急，速度降得太快，产生过高的过载，航天员受不了。返回舱上的静压高度控制器会通过测量大气压力判断高度，自动弹开伞舱盖，3把伞渐次打开，将飞船的速度逐步降下来。“神舟”飞船返回舱的主伞面积有平方米，打开后返回舱的降落速度会降到8～10米/秒。

即使这样，“神舟”飞船返回舱在着地时，所产生的冲击力还可能使航天员的脊柱受损。这时就要靠飞船的另一个法宝了。它就是安装在返回舱底部的4台着陆反推火箭。它们会在飞船马上要降落到地面时点火工作，再给返回舱一些向上的推力，使得返回舱落地的速度不超过2米/秒。为了确保航天员的安全，航天员座椅安装了缓冲装置，还量身定做了缓冲坐垫。

有了上述“十八般武艺”，就可以保证返回舱和航天员一起顺利从太空安全返回地球了。

由直升机和车队组成的搜救小组会早早地在预计的着陆地点就位，等待返回舱。返回舱降落伞打开后，直升机会迅速赶过去。万一着陆位置偏差较大，返回舱会向外发射救援信号，通知搜救小组确切位置。返回舱落地后，其顶端的闪光灯不断发出白色的闪光，它能连续闪光25小时呢。假如落在海里，飞船上配备的染色剂会把周围的海域染成绿色荧光区，便于飞机搜索。