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在我們中國一直有一個湖邊岸上的小遊戲,就是將一塊小石頭與水面低於40度夾角方向用力丟擲。石頭接觸水面後會形成一段連續的跳躍,當角度為40度時會很大機率只能彈跳一次。這一次我們中國的嫦娥五號在返回地球時也用了一次“打水漂”,不過這個水漂以“返回艙為石頭,稠密的大氣層為水面。”

返回器進入地球時的“打水漂”有一個更為專業的名字叫“再入飛行”,是中國科學家第一次提出並實踐的目前最有效減速降落地球的方式。由於其獨創性思想和簡潔高效的減速效果,這位科學家也因此獲得了中國的最佳十大創新之一。那麼中國是如何想出這麼好的減速方式呢?

蘇聯東方一號返回艙

返回艙

在返回艙如何無損回到地球這個問題上,第一個做出實踐併成功結束任務的是蘇聯的東方一號。在蘇聯第一次載人太空航行後,與中國返回艙類似,都是先將返回艙與軌道器分離。不過蘇聯的東方一號並沒有經歷過彈跳拋物式“打水漂”,而是以一定角度和速度控制,直接越過了大半個地球來到蘇聯上空。在越過厚厚的大氣層後,大約在7000米位置,宇航員加加林跳出返回艙。繼續經歷一段時間的加速降落後,加加林和返回艙先後打開了巨大的降落傘。加加林由於經歷了一次彈射,速度並不快,安全來到了地面。返回艙則由於其較重的艙體,在落向地面時速度依然很快,將地面砸出了一個大坑。

美國載人航天器返回地球

美國聯盟號飛船

美國很少進行無人航天工程,其進行最多的就是各種各樣的載人航天器飛行。其航天器在進入大氣層外圍後,航天員為了降低飛船進入地球的速度,會將自己飛船的”倒飛“狀態改為正向飛行,同時將自己飛船與大氣層密集區的夾角調整為40度。這個角度可以讓航天器來到稠密區時發生一次跳躍,從而大幅降低了下落的速度。經歷一段時間穿越大氣層的顛簸後,再次調整速度會輕鬆的多。不過美國並沒有給其命名,只是當成了一個普通的減速方式。

中國嫦娥返回艙降落內蒙

嫦娥五號與蘇聯和美國航天器有著根本不同。中國既不像美國載人飛船一樣來到地球時依然有著充足的燃料,也不像蘇聯東方一號在進入大氣層後還要再次進行一次分離。而是將兩者的優勢結合在了一起。

當嫦娥軌道器返回艙來到大氣層外後,會受控器艙分離,之後返回艙進入自由飛行狀態。在距離地球120公里接近大氣層時,返回艙速度已經接近第二宇宙速度,速度再大一點就要被迫離開地球了。這個時候調整角度減速,當其進入黑障區的稠密區域時會發生一次平滑的跳躍。這個小小的跳躍讓返回艙的下落速度直接降為了0,甚至還要上升一段距離。如果沒跳起來,速度不會減小,穿越大氣層後會失控損毀,跳的過高則永久離開地球,角度十分重要。不過中國經驗很足,失敗率為0。

嫦娥五號大氣層處器艙分離

“打水漂”並不是部分地區“無用功”的意思,其是中國航天探索的有效方式,由於其優異的測試效果和大大降低成本的特性,成了中國最常用的返回艙入地手段。目前世界上能完整獨自進行一次月球取樣的國家,僅僅三個,包括在中國。

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