神舟十二號飛船返回地球,為什麼需要一天時間?

中國

空間站

在距離地面大約400公里的圓形軌道飛行，每次

航天員

需要乘飛船上去與它對接才能進入空間站工作和生活，回來的時候也得進入飛船，與空間站脫離後再重返大氣層。

關於地球的大氣層，一直以來都有這樣的說法：大氣層的厚度100公里，100公里之上是真空，下邊才有空氣。其實並非如此。地球表面的空氣分子因為受到地球質量的吸引，越接近地面越稠密，越往高處越稀薄，科學家們發現遠在月球軌道附近依然會有氣體分子。距離地面100公里高度被稱為“卡門線”，這是一個虛擬的邊界，理論上有翅膀的飛機可以在卡門線的下方飛行，超過這個高度空氣太稀薄翅膀就不能提供升力了。

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中國的天宮空間站、外國的國際空間站，還有許多對地觀測衛星實際都在大氣層裡邊飛行，因為有很小的空氣阻力存在，這些航天器每隔一些日子就要開啟發動機提升速度和高度，不然它們就會掉下來。

神舟十二號載人飛船是主動落回地面的。它與空間站分離後先要轉體90°，將最前面的軌道艙（與空間站對接的部分）脫開，軌道艙之後會落入大氣層燒燬；接著返回艙與推進艙組合體再轉體90°，推進艙屁股朝前，開啟發動機猛推，以抵消飛船的前進速度。

許多人都說咱們空間站繞地球飛行的速度是7。9公里/秒，因為地球的第一宇宙速度是7。9公里/秒，其實這是不對的。第一宇宙速度指的是地球海平面上的理論飛行速度，空間站的速度大約是7。7公里/秒，

神舟飛船

與空間站分離後的初速度也是7。7公里/秒。

7。7公里/秒大約是音速的23倍，是高鐵“復興號”速度的79倍，比高速公路汽車最高限速快230倍！如果以這麼快的速度進入大氣層，飛船難逃被燒燬的命運。

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返回速度太快會被燒燬

在大約140公里的高度，神舟飛船的推進艙耗盡了燃料，它會與返回艙分離，讓返回艙獨自完成最後一段旅程。在分離之前，推進艙會按照設計要求調整好返回艙的姿態和彈道，並且保證飛船有一個水平向下大約1。5°~1。7°的再入攻角。

與很多人想的不同，飛船從太空返回時它不是垂直著往下掉，也不是斜著落下來——有許多圖片都是錯的——

實際上飛船返回艙幾乎是水平地進入稠密大氣層，這意味著飛船返回的過程很長，它需要繞地球飛十幾圈來慢慢減速。

之所以這樣，是因為飛船的速度太快，再入大氣層角度過大會燒燬飛船，同時減速過快造成的過載也會殺死裡邊的航天員。

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飛船返回的角度很小時間很長

航天員經過長期艱苦科學的訓練，最高能承受9~11個g的過載，在太空長時間工作後，他們對過載的承受力大幅度下降，因此我們需要將返回艙減速過載控制在4個g左右。控制飛船的再入攻角，可以最大程度地利用高空稀薄的大氣來減速，同時為進入稠密大氣層創造有利條件。

所有飛船在返回大氣層時都必須保證大頭向下（朝向前進方向）

，這是因為在與空氣高速摩擦的過程中，空氣粒子強烈撞擊飛船表面，會產生超過2000℃的高溫。在返回艙的底部安裝了一層“防熱大底”，它由高度耐熱的燒蝕材料製成，用來保護返回艙不被燒燬。

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防熱大底透過燒蝕來保護飛船

有朋友問，咱們的神舟飛船看起來像一個倒扣的大鐘，這個大鐵疙瘩表面沒有姿態控制裝置，它是怎麼保證在空中始終是大頭向下、讓防熱大底朝向前方的呢？

神舟飛船返回艙的表面其實設有幾個用於調整飛行姿態的發動機。由於攜帶燃料的限制，這些發動機不能一直開著，只會在姿態失穩時才會自動開啟。保證飛船姿態穩定的秘訣其實還在返回艙設計本身。

地球大氣層不是一個均勻體，有的地方密度高有的部分密度低，並且大氣是時刻流動變化的，這是我們看天上星星會“一閃一閃”的原因。飛船如何在變幻不定的大氣層中保持穩定飛行呢？

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飛天小姐姐其實是個不倒翁

許多孩子都玩過不倒翁，西安“大唐不夜城”裡那個搖著小扇子伸出纖纖玉手勾引你的網紅小姐姐也是一個真人版的“不倒翁”，她的腳下固定著半個碩大鐵球。

相對於底座來說，小姑娘的體重很輕，因此連線體的重心大幅度下移。當人在上方移動時，支點發生偏移，在重力勢能作用下，它會趨向於回到垂直狀態，這時候支點與質心軸線重疊，也就是引力勢能平衡狀態。

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不倒翁的重心很低

載人飛船就像是一個更巨大的不倒翁，它的重心不在飛船的中間，而是更靠近飛船底部，因此它的“下盤很穩”。

當飛船在做返回飛行時，它主要受到地球引力和空氣阻力作用，地球引力大於空氣阻力，因此飛船重心會自然朝向前下方。

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飛船返回艙重心偏向下方一側

飛船重心其實還不在中軸線上，它會稍稍偏離一些，並且是可以調整的，這一方面可以保證飛船不發生軸向旋轉，同時還使飛船保持一定傾斜角度。因為是斜著朝前飛，飛船底部會產生升力，不使它下降得太快，以獲得更多減速的時間。

到了距離地面大約10公里的高度，飛船速度已經下降到約200米/秒，已經低於音速了。此時降落傘艙蓋開啟，引導傘、減速傘、牽頂傘和主降落傘會依次拉出，將下降速度減到60~70米/秒。到接近地面時，主傘能把速度降到5~6米/秒的水平。

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降落傘為神舟飛船減速

到了距離地面大約2米時，返回艙底部的反推發動機啟動，將飛船接地速度降到3米/秒。雖然說這個速度還是很快，但航天員的座椅可以吸收大部分衝擊能量，確保航天員安全著陸。

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神舟十二號航天員乘組

講到這裡你應該明白了：神舟飛船需要在大氣層裡透過長時間與空氣摩擦來減速，由此會在返回艙表面產生極高溫度；為了保證飛船不被燒燬，它需要時刻將防熱大底朝向前方；飛船重心的位置朝下，像一個大號的不倒翁那樣在飛行中保持姿態穩定可控；最後透過降落傘的進一步減速將航天員們安全送回地球。整個過程利用了重力勢能這個基本物理學原理，透過調整飛船的重心達到平衡的目的。

讓我們共同祝福神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波平安凱旋！