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宇宙飞船是如何重新进入地球大气层的?

由:简·麦格拉思

问答角
用我们的航天飞机测试．

发射宇宙飞船到太空是一回事。把它带回来是另一回事。

航天器重返大气层是一件棘手的事情，原因有几个地球的在大气中，它会经历一些力量，包括重力和拖曳。重力会自然地将物体拉回到地球上。但重力本身会导致物体以危险的速度下落。幸运的是，地球大气层中含有空气颗粒。当物体下落时，它会撞击并摩擦这些颗粒，从而产生摩擦．这种摩擦使物体产生阻力空气阻力，这会将对象的速度降低到更安全的进入速度。请在“中阅读有关这些因素的更多信息”如果我从帝国大厦扔一枚硬币呢?"

流星进入地球大气层
皮特·特纳/收集石头盖蒂图片社
进入地球大气层的物体将面临一个艰难的旅程。查看更多的航天器和航天飞机的照片．
然而，这种摩擦有利有弊。虽然它会产生阻力，但也会产生强烈的热量。具体来说，航天飞机要面对大约3000华氏度(约1649摄氏度)的高温[来源:哈蒙德].钝头体 设计有助于缓解炎热问题。当一个物体——钝形的表面朝下——返回地球时，钝形的物体会产生一个冲击波在车辆前方。冲击波使热量与物体保持一定距离。同时，钝形也减缓了物体的下落[来源：国家航空和航天局].这个阿波罗在20世纪60年代和70年代，该计划将几艘载人飞船从太空中来回移动烧蚀的在返回时燃烧并吸收热量的材料。

与一次性使用的阿波罗飞船不同，航天飞机是可重复使用的运载火箭（RLV）。因此，与其仅使用烧蚀材料，还必须采用耐用的隔热材料。在下一页，我们将更深入地探讨航天飞机的现代重返过程穿梭机．

卫星的消亡
卫星不必永远呆在地球轨道上。旧卫星有时会掉回地球。由于再入大气层时的恶劣条件，它们在下降过程中可能会严重燃烧。然而，其中一些可以幸存下来，并击中地球表面。在受控降落中，工程师操纵卫星上的推进系统，让卫星降落在一个安全的地方，比如大海。

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航天飞机的降落

重新进入地球都是关于态度控制.而且，不，这并不意味着宇航员需要保持积极的态度（尽管这总是有帮助的）。相反，它指的是航天器飞行的角度。下面是一个穿梭班机、公共汽车下降：

  1. 离开轨道为了使飞船从它的极端轨道速度降下来，飞船会翻转并实际上向后飞行一段时间。然后轨道机动引擎(OMS)将飞船推离轨道，驶向地球。

  1. 大气下降当前位置安全脱离轨道后，航天飞机再次机头朝前，腹部朝下(就像腹部朝下)进入大气层，以利用其钝器底部的阻力。电脑把鼻子往上拉迎角（下降角）大约40度。

  1. 着陆:如果你看过这部电影”阿波罗13,“你可能还记得宇航员乘坐指挥舱返回地球，降落在海洋中，救援人员将他们接走。今天的航天飞机看起来和着陆更像飞机。一旦飞船降到足够低的位置，指挥官就会接管计算机，将航天飞机滑向着陆带。当它沿着狭长地带滚动时，它部署了一个降落伞来减速。

航天飞机的机翼前缘和机头
国家航空和航天局
梭的前缘和机头使用RCC材料。

返回地球的旅程是一段火热的旅程。与阿波罗飞船上发现的烧蚀材料不同，今天的航天飞机使用了特殊的耐热材料和隔热瓦来维持重返大气层时的热量。

  • 增强碳(RCC)这种复合材料覆盖在温度最高的机头和机翼边缘。2003年，哥伦比亚号的RCC在发射过程中受损，在返回大气层时被烧毁，7名机组人员全部遇难。

  • 破碎的保温砖
    美国国家航空航天局/空间前沿/赫尔顿存档盖蒂图片社

    在这张图片中，美国宇航局的工作人员展示了哥伦比亚号在其首次飞行中遭受瓦片损坏的地方。

    高温可重复使用表面绝缘(HRSI)：这些黑色硅砖位于航天飞机底部和其他各种可达到2300华氏度（1260摄氏度）的地方。

  • 纤维耐火材料复合绝缘材料(FRCI)字体这些黑色瓷砖在许多地方已经取代了HRSI瓷砖，因为它们更坚固、更轻、更耐热。

  • 低温可重复使用表面绝缘：这些白色硅砖比HRSI瓷砖薄，可保护不同区域免受高达1200华氏度（649摄氏度）的温度影响。

  • 先进柔性可重复使用表面绝缘材料(AFRSI)：由石英玻璃织物制成，这些外部毯子安装在航天飞机的前部上部，可承受高达1500华氏度（816摄氏度）的温度。多年来，航天飞机上的大部分LRSI材料都被这些材料所取代。

  • 毛毡可重复使用表面绝缘(FRSI)这种材料的耐温可达华氏700度(371摄氏度)，是由经过热处理的白色诺梅克斯毛毡(一种用于消防员防护服的材料)制成的。

请查看下一页的链接，了解更多有关空间探索带来的挑战的信息。

痛苦的提醒
正如1986年的挑战者号灾难提醒我们航天飞机发射的危险性，哥伦比亚号灾难提醒我们重返大气层的危险性。2003年，哥伦比亚号航天飞机及其七名机组人员在返回地球时被烧毁。经调查，国家航空和航天局发现左翼的损伤(实际上是在起飞时发生的)，让热空气在重返大气层时进入，导致航天飞机失去控制并燃烧。

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来源

  • Cuk，Matija，Dave Rothstein，Britt Scharringhausen。康奈尔大学的天文学系：“为什么航天器需要隔热罩返回地球而不是离开？”。2003年1月。（2008年5月9日）
    http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=448
  • 重返飞行器技术〉，美国飞行委员会百周年纪念。（2008年5月9日）
    http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/
    返回/Tech19.htm
  • 航天飞机轨道器系统〉，美国宇航局肯尼迪航天中心。（2008年5月9日）
    http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/sts_sys.html
  • 哈蒙德,沃尔特·爱德华。《空间运输系统的设计方法》张仁,2001年。(2008年5月9日)
    http://books.google.com/books?id=uxlKU3E1MUIC&dq=Design+
    方法+用于+空间+运输+系统&as_brr=3&
    客户= firefox-a&source = gbs_summary_s&cad = 0
  • 内森·雅各布森，“预制增强碳/碳特征”，美国宇航局，2005年7月。（2008年5月9日）
    http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2004/RM/RM01D-jacobson1.html
  • 美国国家航空航天局。与阿波罗“冒险。”艾姆斯研究中心。(2008年5月9日)
    http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2004/moon/
    阿波罗历险记.html
  • 美国宇航局。“HSF-航天飞机：进入”，美国宇航局，2003年2月13日。（2008年5月9日）
    http://www.spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/shutref/events/entry/
  • 皮特·康奈尔，伊丽莎白先生。“航天飞机轨道器热防护系统的安全性：定量分析和组织因素”，《给国家航空航天局的报告》，1990年12月。（2008年5月9日）
    spaceflight.nasa.gov/shutter/archives/sts-107/investment/tps_safety.pdf
引用

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