春花烂漫之际,酒泉卫星发射中心东风着陆场再次迎来最尊贵的客人——从太空归来的神舟十三号飞行乘组。宇航员个个都是国家英雄,个个都如国宝般珍贵,他们返回地面之后不能自主行走,只能被工作人员连同座椅抬着走,是因为他们此时的身体状况就如婴儿般脆弱。
宇航员在空间站工作生活几个月返回地球之后,刚出返回舱宇航员就会和大家见面。细心的朋友会发现,接受采访的时候宇航员都是坐在坐椅上,穿着厚重的宇航服在接受媒体记者朋友们的采访。采访完之后,宇航员会被工作人员连同座椅一起抬着离开。
看到这里有的朋友不禁会问,为什么宇航员是被工作人员连同座椅抬着走的,难道他们不能自己走路吗?今天我们就在一起探讨一下这个问题。
在这之前,我们下来了解一下,宇航员是怎么返回地球的?
航天器和宇航员返回地球是一个很复杂的过程,凝聚了无数科技工作者的心血,一般来讲,航天器返回地球分为宇航员准备阶段和返回舱降落地球阶段。
宇航员准备阶段
宇航员乘坐航天器到达空间站之后,会在空间站工作生活2到6个月不等的时间,在完成任务之后返回地球之前,需要做一系列的准备工作,为之后的乘坐返回舱顺利返回地球做准备。
1.体育锻炼。宇航员在太空失重的环境之下,会产生一系列的不良反应,比如小腿肌肉萎缩,大脑反应速度降低等。为了顺利完成返回地球的任务,宇航员会进行一些体育锻炼,让身体处于最佳状态。
2.整理空间站。宇航员会对空间站的舱内环境进行一次全方位的清洁,对空间站内的物品和物资进行统一的整理归纳,并将存放的物品全部入库。
3.检查设备。接下来就是最重要的事情,检查航天器的各项功能是否完好,尤其是要确保返回舱各系统的正常运行,这中间不能有丝毫差错,这关系到了宇航员能否安全返回地球。
4.坐稳扶好。当这一系列的准备工作完成以后,需要坐好并系好安全带,最后检查航天服的气密性以及设备的完好度,等待地面控制中心的命令,为最后的返回时刻准备着。
返回舱降落地球阶段
1.宇航员在接到地面控制中心的命令后,会驾驶飞船与空间站进行分离,等到返回舱顺利进入返回轨道之后,从而进入比空间站更低的一条轨道。
2.返回舱在进入返回地球轨道之后没有动能,处于无重力状态,在地球引力的作用下,返回舱会呈现一种自由飞行的状态。返回舱自由降落一定阶段后进入大气层。
3.在距离地面大约千米的高度时,返回舱进入大气层中,在这一过程中,返回舱会面临两大考验,如果稍有不慎,很可能会舱毁人亡。
首先是会遇到高温的情况。由于大气层的密度增高,返回舱在降落的过程中与大气层激烈摩擦,舱外的温度迅速升高,如果返回舱没有采用特殊的隔热材料,并且有效降低舱外温度的话,这后果是不堪设想的。
其次,返回舱会和地面指挥中心失去联系。返回舱在和大气摩擦的过程中,下降速度会迅速从几公里每秒降低至几百米每秒。并且在这个下降的过程中,由于返回舱温度迅速上升,会在返回舱外表形成电离层,屏蔽无线电信号,导致返回舱内的航天员与地面指挥中心失去联系。这也是宇航员返回地球的过程中最危险的时刻。因此,这个区域被称为无线电“黑障区”。
4.返回舱经过大气层在距离地面10千米左右的高度时,返回舱的回收着陆系统开始工作,先后拉出引导伞、减速伞和主伞,使返回舱的速度缓缓下降,并抛掉防热大底,在距地面1米左右时,启动反推发动机,使返回舱实现软着陆。
以上步骤就是航天器返回地球的主要过程,中间最危险的时候就是返回舱失去重力进入大气层之后的阶段,此时航天员面临着高温和失去联系的双重考验,他们是真正的英雄。
宇航员在外太空处于失重状态,返回无法马上适应地球的重力
宇航员在空间站处于失重状态,这一点应该是众所周知的。由于宇航员在空间站不会只待一两天那么短时间,所以长期处于失重状态会让他们的身体发生一些变化。
首先是宇航员的身高会发生明显变化,他们会长高3%!在空间站的微重力环境下,脊椎不会受到挤压,椎间盘和脊椎周围的韧带和肌腱处于放松状态,身高会自动增加。
其次,宇航员的血液循环会出现问题。在地球上,血液循环是受重力影响的,但是到了空间站,人体的血压会降低,以实行微重力的环境。同时宇航员的血液会减少20%,这是无法改变的事实,只能靠宇航员自身的锻炼来抗过去。
当宇航员返回地球时,从空间站到地面,短时间内承受的重力会发生很大的变化。
那么宇航员着陆时,已经放松的脊椎和骨骼,又要承受地球的重力,这突然增加的重力会让宇航员感觉浑身很重,非常不适。
另外,重力突然增加了,但宇航员的血压还没有恢复正常,血液也没有快速补充。如果此时宇航员站起来,会感觉眩晕、头疼,严重时甚至会晕厥。
所以宇航员在返回地球前最后几个小时,会服用几片盐片,还会补充约2升的液体,具体饮水量根据宇航员的体重调节。这样做是为了增加血液体积,提高血压,可以有效减轻返回舱着陆后宇航员的不适感。
而且宇航员刚刚返回地球是,大脑接收到重力增加的信号,会命令身体的各个器官和组织进行调整,以适应新的重力环境,调整过程中宇航员的身体是很虚弱的。
所以说,宇航员从空间站返回地球,经历了从微重力到地球重力的快速变化,身体一时无法适应,直接站立行走,会造成一些身体上的问题,抬着走是最合适的。
能实现载人登月吗?当前不可能,因为没有吨推力的火箭发动机。我国目前最先进,最强大的火箭发动机是吨级的YF-液氧煤油发动机,应用在长五和长七的发射上。YF-的性能决定了长五的最大起飞质量为余吨,远远达不到土星五号吨的起飞质量。也决定了最关键的LTO参数,也即是地月转移轨道最大运载能力是8.2吨。
而一个完整的阿波罗登月飞船的质量约为45吨,由指令舱、服务舱和登月舱3个部分组成。指令舱为宇航员生活和工作的地方,装有各种控制操纵仪器、宇航员的装备、食物、水和废
物处理设备等,约6吨;服务舱紧连指挥舱下面,是飞船的机房和仓库,主火箭、燃料、电源装罝和氧、水等供应品统统都在这里,约25吨;登月舱是载人登月的专用设备,下降段和上升段两部分各自配备有发动机,约14.7吨;三部分缺一不可,否则宇航员有去无回。
登月的三种方案
登月有三种方案,分别为直接起飞(Directascent),月球轨道交会(LunarOrbitRendezvous,LOR)和地球轨道交会(EarthOrbitRendezvous,EOR)。
直接起飞就是火箭直接从地球起飞到月球,由一枚超大火箭本身带着舱室降落到月球上。因为火箭和载荷没有分离,是直接降落到月球上的,而且火箭这么大的家伙对登陆缓冲的要求更高,无疑又增加了一部分推进剂重量,这种方案火箭的起飞重量是最大的,大到难以接受。当年美国为这种方案准备的SaturnNova火箭,在第一级并联了8台F-1液氧煤油发动机,变态程度直逼苏联的N-1火箭。阿波罗11号登月计划使用的C-5(土星五号)和直接起飞方案的Nova尺寸对比,可见C-5只有5个F-1发动机,而Nova用了8个,二者吨位差距巨大
我们计划的登月难度要高于美国,因为既然有*治需要在里面,你像上世纪美国一样普通登月一下,也最多落下个“第二个登月成功的国家”,况且人家几十年前就登月了,更证明你的落后。所以,中国既然要登月,就得有超过美国登月的地方,创造几个世界第一,比如,第一个登录月球背面的国家,第一个在月球滞留超过n天的国家。总之,要来个“花式登月”。所以难度比美国大,技术要求比美国要高。
至于质疑美国是否登月的,其实没必要,只会引人贻笑大方。当年登月全世界直播,苏联科学家恨的牙痒痒,苏联卫星全程监视,最后苏联也没有质疑。事实上,目前各国科学界没有一个重量级科学家质疑过,质疑的都是“民间键盘科学家”。
不久的将来我国有载人登月并安全返回的能力去年7月5日,中国探月工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远在软件定义卫星高峰论坛上表示,嫦娥五号采样返回探测器年底就要发射了,包括发射、落月、采样和返回一大堆技术难题全部解决,将用复飞的长征五号运载火箭发射。嫦娥五号突破的核心技术有:运载发射、地月转移、近月制动、环月飞行、月面下降、月面采样、月面起飞上升、环月轨道交会对接、环月等待、月地转移、轨道分离和再入回收12个部分。嫦娥五号重8.2吨,由轨道器、返回器、上升器和着陆器组成。
看嫦娥五号任务流程和结构很类似于美国上世纪六七十年代载人登月的阿波罗飞船,这说明我国早就为载人登月布局、储备和验证相关技术,也说明我国现在已经掌握载人登月技术,现在差的就是重型火箭。为了早日实现我国的载人登月,也为了顺应火箭设计的最新潮流,借鉴美国SpaceX公司的重型猎鹰火箭芯级捆绑技术,
我国现在正在研制新一代载人运载火箭,长90米,是把三个5米直径芯级(长征五号主芯级)直接捆绑,直接利用长征五号的现有技术,而无需重新研发,这样会大大加快研制进度,专家表示5年内完成研制。总结:年,我国运载火箭第二次发射失利之后,第三次发射也一再推迟,至于专门用于载人登月的运载火箭长征九号(长米,近地轨道能力吨,地月转移能力50吨)至少在年才能首飞。让我们一起期待吧。