飛船返回艙再入大氣層時, 航天員為什麼坐在“倒座”上?

返回艙再入大氣層，是航天員返回地球過程中環境最為惡劣的階段。這一階段，航天員至少要闖過兩道“鬼門關”。

我們以神舟十二號載人飛船為例。當神舟十二號完成預定任務後，聶海勝、劉伯明和湯洪波三名航天員乘坐飛船返回艙返回地球。整個返回過程需要經過制動離軌、自由下降、再入大氣層和著陸4個階段。

神舟飛船結構

在制動離軌開始之前，飛船主體包括軌道艙（在前）、返回艙（居中）和推進艙（在後）這三個部分。制動離軌完成之後，軌道艙將會被留在太空軌道繼續執行。這個時候，神舟十二號飛船隻剩下推進艙和返回艙這兩個部分了。

從真空環境進入到大氣層，這個階段被稱為再入大氣層階段，這時飛船距離地面的高度一般為80～100公里。在這個階段，飛船的推進艙將會被拋棄（然後如流星般墜落在大氣層中燒燬），飛船主體只剩下返回艙。

神舟十二號飛船飛行全程示意圖

再入大氣層階段，返回艙和航天員面臨的第一道“鬼門關”是火焰關。返回艙在高速狀態下會與空氣產生劇烈的摩擦，從而產生幾千攝氏度的高溫。為了避免高溫燒穿艙壁，返回艙的表面必須塗有燒蝕材料，利用材料的熱解、熔化、蒸發等方式散熱。

這種材料是石棉、玻璃與酚醛摻合形成的複合材料。直徑2。5米的神舟返回艙表面積有22。4平方米，防熱材料總重量約500公斤。同時，為了避免區域性過熱，返回艙還需要利用滾轉調姿發動機，透過自轉來均勻受熱。

神舟十二號航天員撤離空間站，向地面表達感謝

過了這一關，航天員就要面對第二道“過載關”。返回艙進入稠密大氣層後，會產生巨大的衝擊過載，就像飛機撞上火山一樣猛烈。隨著高度的下降，過載越來越大，此時如果不採取任何措施，強大的過載很快就會超過航天員的承受極限。

所以，返回艙和航天員都要採取相應的措施來對抗過載。返回艙採取的措施是實施升力控制。透過啟動自身攜帶的升力發動機來降低返回艙的下降速度，從而降低過載。

航天員採取的措施則是調整坐姿。坐在返回艙的“倒座”上，這時航天員乘坐的座椅方向與返回艙的飛行方向相反。

航天員

如何理解“倒座”這個概念呢？我們坐公交車時會發現，公交車上的大部分座位都是朝前的，但是也有少部分的座位是朝後的，人們把這些朝後的座位叫做“倒座”。在公交車加速或減速時，乘客的身體會往後或往前偏倒，容易發生危險，對身體造成危害。

航天員的“倒座”就是利用了這個原理。返回艙在再入過程中，由於受到空氣阻力D的作用，一直處於減速狀態，就好比公交車處於“剎車”狀態。這時航天員採用“倒座”的姿勢，能夠確保自己的頭部和上身緊壓在帶有賦形坐墊的座椅靠背上，使航天員便於承受較大的過載。

航天員“倒座”示意圖

一般來講，“倒座”與返回艙的“地板”呈20°夾角，這樣由升力L產生的過載使航天員的臀部和大腿緊壓在座椅上，可以提高航天員承受較大過載的耐受性。

返回艙實施升力控制、航天員調整坐姿，雙重保障就可以確保航天員安全度過“過載關”。

最後，到了著陸階段，返回艙的回收著陸系統開始工作，先後拉出引導傘、減速傘和主傘，使返回艙的速度緩緩下降，並拋掉防熱大底。在距地面一米左右時，返回艙啟動反推發動機，就可以實現軟著陸。

寫在最後

有趣的是，航天員不僅能在返回階段坐在“倒座”上，在飛船的待發階段和上升階段也可以坐在“倒座”上，而且會感到很舒服。

神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波

在待發階段，航天員坐在“倒座”上進行各項準備工作，這個時候飛船呈垂直豎立的狀態，航天員躺在靠背與地板成20°的“躺椅”上，就如同男人在理髮店內剃鬚或者女人在美容院美容時的半躺姿態。

在上升階段，飛船將推力傳遞到航天員的“倒座”上，航天員感受到“倒座”的“推背力”，就像駕駛有強勁動力的跑車在加速一樣。