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航天飞机返回地球时,到底有多危险?为何说只有一次降落机会?

作者:太空记

航天飞机返回地球究竟有多难?理论上可重复使用100回,但每次降落却仅有一次机会!

2003年,美国哥伦比亚号航天飞机返回途中,2000摄氏度的高温中,7名乘坐“哥伦比亚”号航天飞机返回地球的宇航员,在大气层中被瞬间汽化。

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而因为飞机故障失事,整个航天飞机原本完好的进入大气层准备返回地球,最终散落回地面的,却仅仅只有带着火光的飞机残片。

而对于机上所有机组成员而言,这一次他们成功降落的机会,早在升空的时候就似乎已经注定为0了。

尽管在此之前,这架航天飞机已经经历过了27次,成功往返太空与地球之间的航行,运送了120人次的宇航员。

按照理论使用寿命,三分之一还不到。

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但是这一次实在是非常不幸,仅仅是因为在半个月前的升空过程中,助推火箭上一块非常不起眼的特制泡沫脱落,恰好击中了航天飞机的左翼。

而在之后的太空飞行中,尽管传感器已经感知到被撞区域的温度异常,但是飞机没有产生任何实质的变化,才让地面最终忽略了这一问题。

然而也就是机翼可能存在的细小损伤,在进入大气层剧烈的摩擦过程中,逐渐产生裂缝直至断裂,并最终使得2000摄氏度的高温空气直接进入机舱酿成惨剧。

可见航天飞机在返回地球的过程中有多惊险,因此为了让航天飞机能够经受得住大气层的摩擦高温,在其机腹下方已经被安放了2万片的耐高温硅片。

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不过这并不意味着就万事大吉了,即便航天飞机除了这样的特殊事故外,历次任务几乎都能安全返回并被重复利用,但是每次的返回依旧都是九死一生,这是由于航天飞机看上去像是一架“胖胖的”客机,实际上整个降落的过程极其特殊。

除了最后着陆的过程,几乎没有哪一点像是一架飞机,并且整个降落过程只有1次机会,如果不成功也没有像舰载机着落航母那样,还有复飞的可能。

最重要的是在降落的过程中,想要准确降落到着陆的机场,就必须在下落的过程中一次性找准定位,否则近了远了都无法自主调节。那航天飞机究竟是如何降落的呢

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航天飞机不是飞机,返回时没有自主动力,全靠滑翔从100多公里以上高空降落!

美国的航天飞机,每次可以将多达近30吨的有效载荷,送入185公里至上万公里高空的近地轨道,相比于目前主流的载人或货运飞船来说,都具有无可比拟的优势。

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并且全长56米以上,高达23米的航天飞机,除了可以满足对人员物资的运输外,还可以辅助卫星发射、在太空执行检修和回收任务,甚至可以在其上独立进行空间实验,这主要是因为其足够大。

而这除了得益于其运载火箭的大推力以外,同时也离不开航天飞机的主发动机,在加速上升的过程中可以产生巨大的推力,并在火箭脱落后将航天飞机推入运行轨道。

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然而在返回的过程中,航天飞机的发动并不会产生任何作用,实际上整个“飞机”只是一个从高空坠落,拥有类似飞机外形的滑翔机,而整个滑翔过程足以用惊心动魄来行动。

首先从100多公里的近地轨道开始进入大气层的时候,整个飞机为了尽最大可能降速,需要以机头仰角40度的方式进入大气层。

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因为最开始航天飞机进入大气层的速度可以达到每小时2.9万公里,如果是以机头向下的方式俯冲,且不考虑机头能否承受住大气的高温摩擦,就是对降速本身也没有任何帮助。

相反以机腹去接触大气摩擦,不仅面积更大更有利于降速,而且滑翔的状态会更加稳定。

但是航天飞机也并不能一直保持这样的姿势,在进入大气层之后,为了更好的进行降速,飞机会以非常独特的s 型旋转方式进行下落滑翔,而这之后即便经过不断降速,飞行速度依然是超音速,有上万公里每小时。

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等到滑翔接近尾声,宇航员正式接管航天飞机的操作时,距离地面也就仅有十几公里了,基本已经接近普通民航飞机的飞行高度了,宇航员也才有了自主掌握降落的能力。

不过即便此时飞行速度,已经开始降到了音速以下,却依旧有900公里每小时。

接下来的着落环节,即便还在不断进行降速的过程中,但是相比于民航客机来说,仍然要承受巨大的冲击力,也更容易出现致命失误。

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航天飞机着陆时仍有360公里每小时的时速,除了速度极快不容易掌控外,其还有哪些降落风险呢?

返回地球的过程中,航天飞机经历了一系列的高空滑翔,旋转降速,以及在阻力翼的降速作用下,着陆时的速度依然赶上了高铁的运行速度,可以高达360公里每小时,因此在最终的降落过程中,不得不再依靠减速伞最后拉一把。

而且在落地放减速伞之前,需要操作航天飞机的宇航员,在大概600多米的高空时,高高拉起机头,以确保被放下的后轮主起落架能够优先重重的落地,从而来支撑起整个航天飞机的成功落地。

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然而这一系列的过程中,尽管经历的速度变化已经十分惊人了,但是想要真正的安全降落,准确无误的找准着陆地就显得更加关键。

由于航天飞机返回的过程中没有动力,只能滑翔,所以如果瞄准的着陆点有偏差,不管是没有到还是超过了,都会造成着陆失败,乃至坠毁的危险。

尽管航天飞机的着陆点瞄准,是依靠自动控制系统和飞行员的操作共同完成的,但是如果一旦飞机在进入大气层的过程中产生任何设备的损坏,都有可能造成操作的误差,实际是非常危险的。

另外还有气候的变化,例如风力和气温等因素,都会相应的影响航天飞机的降落安全,而这些影响只要稍不注意,都有可能成为致命的威胁,就像哥伦比亚号航天飞机在返回过程中,因为之前机翼到了撞击,就产生了致命的影响一样。

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因此,面对降落过程如此惊险的航天飞机,美国在2011年“亚特兰蒂斯”号完成第135次航天飞机飞行任务,并安全着陆后,停飞了所有的航天飞机。

当然除了每次降落机会只有一次,危险系数很大以外,真正让美国决定停飞航天飞机的另一大原因,恐怕是其每次执行完任务复杂的维修计划以及巨额的维修费用。

据说单次发射成本就足足有4.5亿美元之多。

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而整个项目实际平摊下来的成本,甚至达到每次15亿美元。

这与美国之前预计的每次6000万美元出入极大,因此还不如用航天飞船来得经济实惠,而航天飞机也最终暂时落幕。