作业帮为什么航天飞机在返回地面穿越大气层时要采用自由落体的方式,低速下降不行吗,还可以避免隔热问题例如大型减速伞或发动机制动
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/16 17:27:02
为什么航天飞机在返回地面穿越大气层时要采用自由落体的方式,低速下降不行吗,还可以避免隔热问题例如大型减速伞或发动机制动
为什么航天飞机在返回地面穿越大气层时要采用自由落体的方式,低速下降不行吗,还可以避免隔热问题
例如大型减速伞或发动机制动
为什么航天飞机在返回地面穿越大气层时要采用自由落体的方式,低速下降不行吗,还可以避免隔热问题例如大型减速伞或发动机制动
美国“哥伦比亚”号航天飞机1日传出解体失事噩耗后几个小时,一位美国航天历史学家披露,航天飞机的降落安全问题始终是科学家们在设计阶段就开始担忧的重点.然而,随着航天飞机一次又一次地成功完成任务,这一担忧也逐渐被人们淡化.“降落非常之快,非常之猛.”
事实上,“哥伦比亚”号失事前,在美国42年载人航天飞行史上,确实没有任何一架航天飞机应验过科学家的这一担忧,也许正因为如此,成功的喜悦模糊了科学的结论：长期凌空飞行使航天飞机在脱离轨道降落过程中已经失去了能源.
“（降落过程中的航天飞机）宛如一块砖头,完全遵循空气动力学原理作自由落体运动,它就像是一架滑翔机,”美国首都华盛顿国家航空和空间博物馆空间历史部主席罗杰·劳纽斯介绍说,“降落非常之快,非常之猛.”
“哥伦比亚”号的降落过程,开始于它飞行到预定降落地点的地球另一侧之际.它借助于调整火箭推进器喷口方向等方式增大空气阻力,以求减缓下降速度,其飞行轨道也逐渐靠近地面.进行一系列飞行姿态调整之后,航天飞机转入一个适合降落的飞行角度,而飞行器此时也刚好耗尽所有火箭助推力.
航天飞机的着陆最后阶段则完全由机载电脑控制.“哥伦比亚”号行至相距地面12公里时,其飞行时速超过25745公里,一系列角度变换运动逐步分解航天飞机的速度矢量；触及预定降落跑道前,航天飞机自行完成的最后调整是整个降落过程中角度变化矢量最大的一次.航天飞机不能自由控制飞行
按照劳纽斯的描述,航天飞机的降落并不能像普通飞机一样进行多次着陆尝试.飞行员最后一次调整角度后,航天飞机就只能按照这一状态降落,这时即便发生任何错误都无法启动航天飞机动力重新返回蓝天.
“一旦进入下降程序,即无法再次升空,”这位曾经供职于美国航空航天局的科学家说,20世纪60、70年代,航天局曾经试图给航天飞机安装专门用于降落控制的动力系统,使之能像普通飞机一样自由控制飞行,但因为受到航天器自重等因素的限制,科学家最终放弃了这一计划,而取代以“滑翔姿势”.
使用“滑翔姿势”降落不仅可以减轻航天飞机的自重,另一优势在于大大降低了飞机爆炸的可能.与发射过程不同,降落时的航天飞机“由于失去了所有动力源,也就不会像一枚巨大的炸弹那样危险”.
早在1981年“哥伦比亚”号首航时,科学家就担心飞机的陶瓷隔热层会在降落过程中脱落,从而导致飞机裸露的机身因为大气摩擦产生的巨大热量而遭到灾难性损坏,但这一担忧没有发生.劳纽斯说,正是由于“哥伦比亚”号的成功飞行史,使得航天飞机的降落问题在科学家担忧列表中的位置逐渐下降和淡化.
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高空空气稀薄，减速伞基本不起作用，同时减速伞也很重很占地方；发动机减速则需要消耗大量燃料，实际上，携带大量的配重上天，然后用于降落制动是不可行的，这样航天飞机的有效载荷将大大减少，甚至不能再带其他东西了．