Setiap kali anda melihat kejayaan pendaratan kapsul pulangan kapal angkasa dan kepulangan angkasawan yang selamat ke Bumi, adakah anda sangat teruja?

Tetapi pernahkah anda tertanya-tanya mengapa kapsul pemulangan di pelbagai negara direka dengan bahagian bawah rata?

Kapsul pulangan Shenzhou 15

Gambar rajah skematik kapsul pulangan Apollo

"Perisai" untuk pulangan yang selamat

Dalam proses meneroka cara memastikan pemulangan kapsul yang selamat, menyelesaikan masalah haba yang dihasilkan oleh geseran berkelajuan tinggi antara kapsul dan atmosfera telah menjadi salah satu perkara utama. Pada pertengahan abad ke-20, Julian Allen, pengarah Pusat Penyelidikan Angkasa Ames di California, menumpukan dirinya kepada penyelidikan yang berkaitan. Semasa ujiannya, beliau mendapati bahawa apabila kapal angkasa memasuki semula atmosfera (kepala peledak peluru berpandu balistik, pemulangan untuk kapal angkasa masuk semula, dsb., memasuki semula atmosfera padat Bumi dari angkasa lepas dari angkasa lepas) ulang-alik melalui bendalir udara pada kelajuan yang sangat tinggi, ketumpatan udara sekeliling berubah dengan ketara. Apabila cahaya melalui lapisan udara ini dengan ketumpatan yang berbeza, ia akan menghasilkan kesan pengimejan yang berbeza disebabkan oleh pembiasan, yang dipanggil "imej bayang-bayang".

Imej bayang-bayang

Allen sangat menyedari nilai penemuan ini, dan selepas pemikiran dan penyelidikan yang mendalam, dia menghasilkan idea inovatif: kenderaan kemasukan semula harus mempunyai sisi angin yang lebih lembut dan tumpul. Apabila kapsul memasuki semula atmosfera, gelombang kejutan yang kuat akan dijana di hadapan bahagian bawah, yang seperti memakai "perisai super" untuk kapsul, yang boleh menyekat sebahagian besar haba dan menghalang sisa kapsul daripada terbakar terlalu panas. Memasang perisai kalis haba pada bahagian bawah tumpul, iaitu tapak luar kalis haba, boleh menyekat sebahagian besar haba dengan kuat, dan tidak perlu membuat keseluruhan kapsul pulangan menjadi struktur kalis haba berkekuatan tinggi.

Kejayaan dalam transformasi bentuk

Kita sudah tahu bahawa reka bentuk "bahagian bawah rata" adalah perkara biasa dalam kapsul kemasukan semula, tetapi sebagai tambahan kepada ciri terkenal ini, apakah faktor lain yang memainkan peranan dalam reka bentuk kapsul kemasukan semula?

Apabila kapsul kemasukan semula memasuki semula atmosfera, ia akan menemui dua "watak berkuasa", satu ialah seret dan satu lagi ialah graviti. Terdapat molekul seperti nitrogen, oksigen, dan karbon dioksida di udara, dan apabila kapsul pulangan jatuh, ia memukulnya, dan kelajuan kejatuhan akan diperlahankan, yang merupakan kesan seretan. Walau bagaimanapun, kelajuan kapsul pulangan jatuh terutamanya dipengaruhi oleh graviti. Terdapat juga daya yang sangat membantu untuk kapsul pulangan - angkat; Lif membantu mengawal laluan penerbangan kapsul, supaya daya graviti yang bertindak pada kapsul adalah lebih kecil. Apabila kapsul kekal di udara yang jarang ditemui pada altitud tinggi, kurang haba diserap dan dikendalikan, dan jumlah haba yang sepadan memasuki kapsul.

Kapsul kemasukan semula dipengaruhi oleh pelbagai faktor seperti rintangan udara, graviti, haba, dsb. Faktor-faktor ini penting untuk pemulangan kapsul yang selamat. Jadi adakah kapsul pulangan itu bahagian bawah yang besar dan kepala kecil dari awal? Dalam perjalanan pembangunan aeroangkasa, apakah perubahan yang telah dialami oleh bentuk kapsul pulangan?

Bentuk terawal kapsul ialah kapsul sfera. Reka bentuk kapsul pulangan sfera mematuhi prinsip aerodinamik tertentu dan mempunyai kestabilan tertentu. Tetapi kerana ia hampir tidak mempunyai angkat, nisbah angkat-ke-seret yang sangat kecil, dan keratan rentas yang kecil, ia tidak boleh diperlahankan dengan berkesan dengan bantuan rintangan udara. Ini bermakna semasa proses pemulangan, sukar untuk mengawal trajektori penerbangan dan tertakluk kepada daya hentaman yang besar, yang boleh menimbulkan ancaman kepada keselamatan angkasawan dan integriti peralatan.

Untuk menyelesaikan masalah ini, saintis terus meneroka, dan kemudian kapsul pulangan berbentuk loceng dan kon telah muncul. Kapsul kemasukan semula bentuk ini tidak takut gangguan aliran udara apabila memasuki atmosfera, mempunyai rintangan angkat yang baik, dan mempunyai kestabilan yang baik semasa pendaratan, yang boleh memastikan kemajuan lancar misi kemasukan semula dengan berkesan.

Ramai orang mempunyai tanggapan bahawa kapsul kemasukan semula sentiasa kelihatan sangat kaku, mampu menahan suhu tinggi, dan digunakan sekali sebelum digunakan semula. Tetapi sebenarnya, jurutera aeroangkasa sedang mengusahakan kapsul pulangan kembung fleksibel yang sangat inovatif. Ia boleh dipanggil jenis peranti perlindungan pendaratan baharu untuk kapsul kembali, dan ia mempunyai prospek aplikasi yang sangat luas pada masa hadapan. Salah satu kelebihan utamanya ialah saiznya yang kecil, yang membolehkan kapal angkasa membawa beberapa kapsul ini dalam misi masa hadapan. Ini bermakna ia mampu melakukan pelbagai misi pemulangan, meningkatkan kecekapan mengangkut bekalan dari angkasa lepas ke hiliran, di samping mengurangkan kos dengan berkesan.

Pada masa ini, teknologi yang berkaitan dengan kapsul pulangan kembung fleksibel masih dalam proses penerokaan di dunia. Malah, seawal 21-an abad ke-0, Amerika Syarikat memimpin dalam memulakan perjalanan penyelidikan teknologi kemasukan semula kembung. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh batasan sifat bahan eksotermik pada masa itu, teknologi ini tidak pernah dibangunkan dan digunakan secara praktikal. Pada awal abad ke-0, Agensi Angkasa Eropah dan Agensi Angkasa Rusia juga menyertai barisan penerokaan, melancarkan projek mengenai teknologi kemasukan semula dan nyahpecutan kembung. Malangnya, percubaan ini akhirnya tidak berjaya.

Jika teknologi kapsul pulangan kembung yang fleksibel ini berjaya digunakan, kos pengangkutan kargo antara stesen angkasa dan Bumi, dan juga antara Bulan dan Bumi akan dikurangkan dengan ketara pada masa hadapan. Ini bermakna manusia boleh menjalankan kargo angkasa lepas pada kos yang sangat rendah, mengurangkan beban pengangkutan angkasa lepas, menjadikan pembangunan sumber angkasa lebih menjimatkan, dan membantu manusia mengambil langkah selanjutnya di alam semesta.

Sebahagian daripada maklumat datang daripada: CNKI, Rangkaian Global, dll

(Ulasan saintifik: Li Liang, ahli Jawatankuasa Popularisasi dan Pendidikan Sains Persatuan Angkasa Cina)