落后西方50年?嫦娥六号返回,为何烧蚀严重?

52赫兹科普 2024-06-27 16:20:42

同样是从太空返回,中美两国咋差距这么大?

大家看哈,中国的嫦娥六号返回器,表面都烧焦,甚至都烧起泡了;

而美国阿波罗飞船呢,表面竟然光滑的很,没怎么烧焦。

有人说,这是因为50多年前,美国人在耐高温材料方面做的非常好,中国还不如美国。

也有人说,美国人自己都说了,美国登月与中国探测器探索的月球,不是同一个。

还有人说,中国回来的是夏天,而美国回来的是冬天,温度没那么高。

那么,事实的真相究竟是什么?

嫦娥六号返回

为了成功返回地球,嫦娥六号可以说经历了惊心动魄的“生死30分钟”。

首先,在距离地面高度大约在5000公里左右,嫦娥六号组合体进行分离,返回舱将在没有其他辅助的情况下独自返回地球。

这一阶段需要非常精确的控制,以确保返回舱进入正确的轨道,方便后续的再入和降落操作。

接着,在距离地面高度120公里左右,返回舱会以接近第二宇宙速度的高速冲入大气层,这时会与空气发生极其猛烈的摩擦,产生极高的温度和压力。

为了抗住如此严酷的环境,中国的科学家创新的采用了“半弹道跳跃式再入”技术。

简单说,这种技术类似“打水漂”,是通过利用空气中的升力来减缓速度和调整轨迹。

在第一次进入大气层时,返回舱会建立起合适的再入姿态,并在大气层的作用下,得到向上的一个升力。

利用这个升力,返回舱速度不仅可以大幅度下降,还会精确控制方向,为后面再入大气层做好准备。

之后,返回器将再次启动姿控发动机调整角度,第二次进入大气层。

此时,返回舱的飞行速度已显著降低。

虽然还会受到气动升力的影响,但飞行高度已经不会再次抬高,而飞行速度则会进一步降低。

当下降到距离中国内蒙古上空约10公里的高度时,返回舱便开始执行开伞步骤,进一步减缓了返回舱的下降速度,使其最后在内蒙古四子王旗的草原上成功着陆。

整个返回过程历时约30分钟,操作难度极高,只要有哪一步出错,都可能导致返回舱的着陆点大幅偏离。

甚至返回舱还有可能在大气层中烧毁,造成严重事故。

而为了实现这个滑翔轨迹,需要返回舱具有一定的升阻比。

也就是,在高速飞行时能够产生足够的升力来实现轨迹控制和速度减缓。

所以,大家看到的返回舱被严重烧蚀的那一侧就是产生升力的面,包括返回器顶部凸起的一段弧面结构,都属于升力结构。

这样,可以更好地控制返回舱的飞行轨迹和姿态。

同时,在嫦娥六号返回过程中,返回舱的姿控发动机,也可以通过滚动返回器的角度来小范围控制滑翔轨迹。

虽然返回舱全身都与空气摩擦,但是产生升力的面,由于迎角的原因承受了更大的气流冲击,所以这一侧的表面会出现严重的烧蚀痕迹。

值得一提,“打水漂”这种相当高端的控制技术,是中国首创的。

这种方法,不仅可以有效降低返回舱的再入速度和温度峰值,还减少过载峰值,使得返回舱在进入大气层时更加安全。

不得不说,这是中国在航天器再入技术上的重大创新和突破。

美国阿波罗飞船

反观美国50多年前阿波罗飞船返回,虽然也是跳跃弹道,但区别非常大。

由于采用的是传统圆锥构型的返回舱,美国人简单粗暴,让阿波罗飞船以极高的速度,直接砸向地球。

美国人也知道,这种方式对返回舱的损害非常大,因此必须要加大加厚耐烧式大底才行,不然很容易就会被烧穿。

为此,阿波罗飞船的隔热大底使用的是AVCOAT 5026-39材料。

这是一种酚醛环氧树脂低密度烧蚀材料,可以有效的隔绝热量,从而保护返回舱内部的设备和宇航员。

由于圆锥形设计,阿波罗飞船在返回过程中,底部承受了绝大部分的热量,导致其底部边缘完全烧黑。

再加上,由于阿波罗飞船的侧面倾斜角度较大。

因此,侧面的温度其实都只有几百度,也就造成如今看到烧蚀并不严重的现象。

值得一提的是,较大的侧壁倾角,虽然可以降低返回舱的侧壁防热压力,但却又进一步挤占返回舱内部原本就捉襟见肘的空间。

相比之下,嫦娥六号的返回舱采用了“钟型”气动构型。

这种设计,不仅增加了返回舱的有效舱室空间,还在特定迎角下能够产生一定的升力,从而实现半弹道滑翔轨迹,并最终使得返回舱在进入大气层时更加安全。

从这个角度看,嫦娥六号无论是在设计上,还是技术上,都比美国的阿波罗飞船更加的先进。

结尾

再说个事吧,在烧蚀材料这边,中国也是比美国先进的。

可能大家不知道,美国重返月球的猎户座飞船隔热大底都是工人手工打造的,使用的还是传统的加注成型技术。

这种办法全部加注成型,周期往往长达六个月,而且效率也较低。

而中国呢,不仅已经采用了自动加注技术,缩短了制造周期,只需数周即可完成,而且材料也比美国的更轻,性能更优异。

采用轻质材料,有啥好处呢?

这么说吧,不仅提高了返回舱的防热效果,还减少了飞行器的总重量,从而提高了燃料效率和飞行性能。

据公开报道,猎户座防热烧蚀材料的密度是0.56g/cm³。

而同样执行月地再入返回任务的嫦娥五号返回器,使用的防热烧蚀材料密度仅为0.5g/cm³。

也就是说,我们用更轻质的材料,实现了同等的防热效果。

虽然没有查到嫦娥六号用的是啥材料,但大概率跟嫦娥五号差不多。

所以,不要看到返回舱烧焦了,就认为我们落后西方50年。

事实上,这反倒是领先西方的有力证明。

1 阅读:282

52赫兹科普

简介:你的好奇心就是我们创作的动力