上世纪60年代,苏联在航天领域一度领跑,但屡战屡败的美国也追赶上来,让苏联备感压力。
联盟1号飞船诞生后,故障数量达203种,但苏联人硬是凭着战斗民族的冒险精神,将飞船强行送上太空。
俄罗斯继承苏联的航天技术以来,联盟号飞船更新迭代,返回速度也越来越快,通常仅需要3-4个小时就能到达地面。
我国的神舟13号载人飞船返回时,花费了9个小时,使用了快速返回技术,比神舟12号返回时间缩短了三分之二,但相比俄罗斯飞船还是不够快。
近期联盟MS-22号返回地球时,更是突破纪录,一路火花带闪电地急速飞落,整个过程仅不到2个小时,为何差距会这么大?
彪悍而大胆的“联盟号”
1966年1月,苏联总设计师科罗廖夫病逝,联盟号的研制进展遇到了前所未有的困难。
在载人飞船升空前,联盟号进行了两次无人测试。
一次因失去控制而自毁,另一次飞船在发射台爆炸,发射塔也炸毁了,这时美国双子座发射成功,苏联人更加着急上火。
主发射台损毁后要检修6个月,苏联人决定把发射场转移到2号场区,但转运中由于机台出轨,不得不对整条铁轨进行检修。
1967年2月,经历了重重困难后,第三艘飞船终于在凛冽的寒风中,被安放在发射台上。
2月6日,发射前的4个小时,飞船遇到了技术故障无法发射,经研究当地天气恶劣,不利于飞船运行。
当很多人认为发射计划会遭到搁置时,战斗民族的工程师们在第二天就做出了大胆决定,强行把飞船推向了太空,这时当地气温达到零下22度,每小时80公里的强风呼啸而过……
飞船强行入轨后,由于推进器和电池阵列等故障,不得不提前返回,返回舱偏移了510公里,防热底座也被烧穿。
虽然技术不太成熟,但苏联专家们几乎都认为下次可以直接载人飞行,只有一位名叫普鲁德尼科夫的专家表示反对,建议增加无人测试次数。
1967年,是十月革命胜利50周年,苏联人急不可耐,无论如何都要发射飞船。
尽管“联盟1号”记录在案的故障数量高达203种,但他们依然要把飞船送上太空。
之前苏联曾有过载人飞船的经历,但联盟1号的体型和技术完全不一样。
宇航员科马洛夫载着飞船进入轨道后,就遇到了一系列问题,飞行到第2圈时,发现太阳电池站无法正常打开,导致飞船供电不足。
飞行到第5圈后,发现无线电短波发射机失控,飞船姿态控制系统也有问题,无法操纵推进器手动转动飞船……
科马洛夫驾着飞船进入轨道绕行了10圈,期间一直在试图排除故障,累得筋疲力尽,不得不要求睡上一觉。
让人难以置信的是,联盟1号还在太空中“经历磨难”,国家委员会专家们已经在计划“联盟2号”的发射任务了。
航天专家们有个大胆的想法,打算发射“联盟2号”和“联盟1号”对接,让联盟2号的宇航员出舱活动,帮忙把故障飞船的太阳板打开,顺带把故障飞船的宇航员接回来。
由于出舱活动有些复杂,联盟2号需要3名宇航员打配合。
但返回舱又坐不下4个人,这个计划只能搁浅,意味着“联盟1号”要冒着巨大风险返回地球。
科马洛夫飞行到17圈后,尝试打开自动返回装置,但调整姿势失败,直到飞行到19圈时,使用手动返回操作成功。
但是返回舱冲破大气层后,打开降落伞时遇到了问题,地面上的工作人员听到科马洛夫喊道:“降落伞打开失败!”
由于返回舱姿态不稳定,降落伞绳索缠绕在一起,主降落伞打开失败后,科马洛夫试图打开副降落伞,但是也失败了。
返回舱以每小时150公里的速度急速降落,如一团火球冲向地面,发出巨大的爆炸声,救援人员赶到现场时,残骸还在燃烧。
1967年4月,苏联为科马洛夫举行了隆重的葬礼,15万民众自发为他送行,安葬在隔离姆林宫的红墙下。
其实,科马洛夫早就知道这次飞行不安全,他曾说:“如果我不执行飞行任务,替补加加林就会替我去冒险,我有责任照顾好队友。”
科马洛夫是技术十分精湛的宇航员,在太空处理了那么多故障,没想到却因降落伞的问题而丧生,而他的队友加加林,也在一年多后的飞行任务中遇难。
飞船返回舱进入大气层之前,通常要绕地球飞行,联盟1号飞了整整19圈,为何需要绕这么多圈?
神舟13号返回时间和联盟号的差距
从太空返回的飞船,就像一名快速奔跑的滑艇运动员,滑水艇在水上快速移动,需要精确把握跳落滑艇的时机,早一步晚一步都会落水。
飞船在太空中时,不断沿着圆形轨道循环运动,而脚下的地球也不停在转动,需要等待合适的时机才能降落。
神舟飞船等到时机成熟时,慢慢降低轨道,跳向地面预定的着陆场。
2022年5月,我国神舟13号返回舱成功着陆,翟志刚首先出舱后,王亚平和叶光富也随后顺利出舱,将进行三个月的康复训练。
三人出仓时神态非常轻松,并微笑着朝人们挥手示意,健康状况也很好。
神舟13号离开空间站,抵达东风着陆场,直线距离400公里,花费了大约9小时。
我国神舟12号返回时用了28小时左右,途中还进行了径向对接测试的特殊任务,除去执行任务的4.5个小时,花费了不到24小时。
而神舟13号总体缩短了三分之二的时间,主要原因在于使用了快速返回技术。
飞船离开空间站,飞出太空预定轨道,将返回舱和轨道舱分离掉落到地球上,大约只需要一个多小时,多数时间花在了宇宙轨迹和地面轨迹的等待上。
要实现快速返回,需要依赖两个技术,精确定位返回点,控制落地速度。
飞船跳落飞行期间,会从西南方向再到东北方向绕地球重复转圈圈,运行轨迹呈S型曲线,绕地球一圈大约只要1.5小时。
同时地球也在不停自转,飞船每次飞的运行轨曲线不断偏移叠加,如同数学中的正弦抛物线,把运行轨迹连接起来,能组成奇妙的花纹。
飞船运行到回落区后上方时,要求位置的圆心和落点合适,这时飞船开始变轨,航天员们及时降低轨道高度,将轨道舱和返回舱分离。
返回舱呼啸着冲破大气层,化作一颗优雅美丽的流星,快速被投送到地球上。
返回舱的速度非常快,为了防止落点偏移,科学家们特意在舱体上安装了喷气发动机,可以在顺时针和逆时针两个方向转动,改变返回舱的升力大小和方向。
神舟12号绕地球11圈后返回,而神舟13号则绕行了5圈,也是我国首次尝试快速返回,风险也随之增加,很多国人为宇航员们捏了一把汗。
在许多科研人员的精心保护下,精确把控速度、温度和精度,使航天员们稳稳落地,安全回家。
同期2个月前,一名美国宇航员搭乘俄罗斯联盟号飞船,和2名俄罗斯宇航员一起返回了地球。
自从美国航天飞机项目结束后,俄罗斯已向美国航天局提供了近9年“顺风车业务”,美国要花费几千万美元买一张船票。
此次联盟号着陆精度达到28公里,在哈萨克斯坦草原上,有13个区域可以提供飞船着陆点,飞船全程大约用了4个小时,相当只绕地球2-3圈。
神舟13号飞船绕地球5圈,也说明有5次机会返回时间点,随着技术不断改进,以后绕地球2到3圈也可以启动返回制动,慢慢缩短时间。
两国的飞船从空间站脱离后,联盟号飞船需要56分钟着陆,我国的神舟飞船需要48分钟,比联盟号节省7至8分钟。
航天器史上最快返回速度
由于俄罗斯的航天飞船偶有故障发生,美国人也试图寻找更实惠又安全的航天途径,搭乘马斯克公司的太空飞船来接替联盟号。
航天飞船由数十万甚至上百万个元器件组成,一旦发生故障,在太空中难以修理,会带来意想不到的灾难。
1971年,苏联联盟11号飞船返回地球途中,轨道舱和返回舱分离时,爆炸螺栓出现异常,舱门密封设备损坏,返回舱内的空气极速泄露,其他所有流程没有任何问题,但返回舱落向地面,救援人员打开舱门时,发现3名航天员已遇难。
俄罗斯的航天技术继承自苏联,比我国早了几十年,联盟号经过多代更替,返回速度越来越快,达到了一气呵成的境界。
2022年12月,俄罗斯联盟MS-22号飞船遇到微流星撞击,太阳翼出现了0.8毫米的小孔,飞船上的冷却液快速喷射泄露,舱内温度快速升高到50度,紧急接入空间站的冷气后,降到了30度。
飞船受损的位置在推进舱,极有可能使发动机在返回时过热关机,俄罗斯不得不提前发射MS-23号飞船将宇航员从太空中接回,返回计划重新安排,3名宇航员要在太空中加班6个月。
仅仅一个小孔,导致整艘飞船几乎全报废,俄罗斯航天局损失惨重,航天专家们决定用旧飞船带回物资和航天设备,多少能挽回一些损失。
2023年3月,漏气的联盟MS-22返回舱冲破大气层后,采用无人驾驶模式返回地球。
这次飞行仅用了1小时48分,创造了史上最快航天器返回记录。
由于返回舱里没有宇航员,飞行更加“放飞自我”,不用考虑返回舱和地面的冲击力,不考虑舱内温度,不管重力过载,只围绕地球飞了一圈,就“急吼吼”地冲进大气层。
返回舱掉落后,及时打开降落伞,期间还盘旋着几架直升机巡航,落地后舱内温度在50度左右,舱体呈乌黑烤焦状态,完全失去载人能力。
此次联盟号的返回流程,如同跳水运动员不做任何热身和预备动作,直接跳入水中,全程主打一个快准狠。
联盟号从第一代载人飞船开始,经历了重重考验,返回速度不断提升,体现了战斗民族彪悍大胆的一面,也带着惨痛的悲壮感。
俄罗斯飞船返回技术比我国更加成熟,所以两者在返回时间上有明显的差距,但速度也不是越快越好,要在安全和速度上权衡利弊,保证宇航员的安全万无一失。
我国航天技术经过多年创新和尝试,与各国宇航员们一起逐梦九天,相信在不久的将来,经过不断追赶超越,我国航天事业会更加波澜壮阔。
参考资料:
《军事文摘》:神舟13号返回舱安全着陆 2022-06-15
《看看新闻》:美国宇航员乘坐俄罗斯“联盟号”返回地球 2022-03-31