神舟十四号成功返回，在酒泉卫星发射中心附近的东风着陆场顺遂着陆，三名航天员已出舱。陈冬、刘洋和蔡旭哲结束了长达6个月的太空“出差”生活，终于回到了地球。而这也是继17年前的神舟6号之后，再一次执行夜间着陆。
神舟十四号成功着陆
航天员刘洋出舱
不知各人有没有留意到，以往的神舟飞船在落地的一瞬间，返回舱底部会冒出一道火光，随后扬起烟尘，飞船就停在了地面上，神舟十四这次也不例外。这难道是出什么故障了吗？
以往的神舟飞船落地瞬间都会启动反推发动机
神舟14着陆时的火光
固然不是！这道火光是返回舱底部的4台反推火箭发动机发出的，它们承担着紧张的使命，只有它们在距地面1米左右的高度精准启动，才华包管航天员顺遂着陆而且不会受伤。而在飞船着陆之后，搜救人员还要赶紧用一个盖子盖住返回舱底部的某个位置，这是用来屏蔽伽马放射源的，也和反推发动机启动有关。
很多网友会比力迷惑：飞船已经有那么大的降落伞了，为什么到末了还要来这么“一哆嗦”呢？这其实是一项非常高端的科技，要弄清晰它的原理，先得相识一下飞船的整个返回过程。
反推发动时机吹起烟尘
神舟十四号飞船是经典的三舱布局，分别是轨道舱、返回舱和推进舱（服务舱），而最终返回地面的只有航天员地点的返回舱。当飞船与空间站分离之后，并不会立即返回大气层，而是会先在轨道上绕几圈。我国空间站的轨道高度是400公里，倾角41.5度，它在星下点在地面上的轨迹是一条波浪线，这是因为地球在自转的缘故。
我国空间站和飞船的星下点轨迹
因此神舟十四号必须找到一个符合的机会，才华包管在地球自转的影响下，减速进入大气层后恰好落在首选的着陆场——东风着陆场。如果错过了这个机会，那就只能再继承调整了。神舟十二号在离轨前就绕地球转了18圈，而从离轨到着陆只用了51分钟，整个返回过程统共花了28个小时。神舟十三号应用了快速返回技能，只转了5圈多就离轨，49分钟后落地，总用时仅9个小时。
神舟十四开始制动时位于南大西洋上空
神舟十四号利用的也是快速返回技能，因此与空间站分离后约莫绕地球5.5圈就会开始制动。在重新进入大气层之前，神舟十四号还要与轨道舱分离，这个轨道舱还会在轨道上再呆一个时期，就如同一个卫星。
轨道舱与飞船分离
而飞船重返大气层的动力来自推进舱，为了减速，飞船会调整姿态，将推进舱的发动机喷口朝向前方，再启动发动机减速制动，这时间神舟十四号位于南大西洋上空。随着速度越来越慢，飞船就会脱离轨道，进入再入大气层的路径。而在推进舱完成它的使命后，也会被扬弃，只留下像一口大钟形状的返回舱，此时飞船距地面约140公里。
抛掉推进舱
随着飞船的高度越来越低，在每秒几公里的高速下，返回舱会和越来越稠密的大气发生剧烈的摩擦并减速，温度也会敏捷升高到2000℃以上，如同一颗拖着火焰的流星。由于等离子体的屏蔽作用，有一段时间无法与外界通讯，这就是“黑障”阶段。
飞船进入黑障区
此时飞船的姿态是把底部的防热大底朝向前方，蒙受高温的烧蚀，而大钟一样的外形可以使返回舱在这种环境下保持稳固，不会翻滚。
返回舱与空气摩擦产生高温
钟形可以使返回舱在空气制动时保持稳固
在空气摩擦制动的作用下，飞船的速度敏捷降落，在距地面约40公里时，黑障的效果消散，通讯恢复。返回舱的降落伞舱盖和防热大底会被抛掉，然后先放出一顶比力小的引导伞，它会带出后面的减速伞，将速度由200米/秒降到90米/秒。之后减速伞被抛掉，硕大的主降落伞才会张开。
接纳着陆过程
神舟飞船的主伞接纳的是单伞方式，面积到达了1200平方米，是天下上最大的降落伞，重量却仅有90多公斤。这顶主降落伞能把返回舱的速度降到7~8米/秒，并向最终的着陆点飘去。这个速度照旧比力讲究的，如果太慢的话，受风力影响比力严重，着陆精度会降落，增长了地面搜救的难度。如果太快的话，着陆的打击又会过大。
神舟飞船巨大的
但此时返回舱的时速仍有28公里左右，如果以这个速度直打仗地，那就相当于骑着一辆电动自行车全速撞墙，很有大概对航天员造成伤害，因此还必要末了一次减速。而这末了一推的主角就是前面提到的反推发动机。它接纳固体燃料，安装在返回舱底部，共有4台，每台可提供约3吨的推力。
在返回舱即将触地的一刹那，4台反推火箭同时工作，冒出刺眼的火光。十几吨的推力瞬间就将飞船速度从8米/秒降到了2米/秒，以这样的速度落地，再加上内部座椅的缓冲作用，航天员的安全就有保障了。但是反推发动机点火的机会就变得非常紧张，必须在距地面1米高度启动，早了晚了都不行，这是为什么呢？
反推发动机启动瞬间
如果点火太早，由于固体火箭燃料有限，一下子就烧完了，这时返回舱还处在一个比力高的高度，在自由落体过程中又会重新加快，导致着陆速度过大。如果点火太晚，那又会导致减速时间不敷，来不及把速度降下来就触地，同样会给航天员带来风险。因此这个点火机会必须掌握得非常精确。
反推机会必须精准，不能高也不能低
这就产生了一个困难：如何才华判定飞船出间隔地面的高度呢？测高的方法原本有很多种，好比初中就学过的气压法，通过大气压的变化来判定海拔高度，但缺点是精度着实太低了。对于气压高度计来说，1米的高差根本不会使气压发生明显的变化，况且气压和海拔有关，但你并不知道着陆点的精确海拔是多少。
气压测高不可行，我们还可以考虑无线电高度计，原理和雷达差不多。无线电高度计向地面发出无线电波，并吸取回波，再利用调频的方法，通过计算回波的频率差值来得到高度。民航飞机在2500英尺（762米）高度以下时会利用无线电高度计来测高，但是飞船反推测高必要的精度到达了厘米级，还要距地面1米处工作，大大超出了无线电高度计的能力。
民航飞机利用无线电高度计
这时我们可以接纳进步电波频率的方法。激光的频率远高于无线电波，我国的嫦娥四号月球探测器就安装了激光测距敏感器，从距月面30公里到15米的高度上，可以到达6厘米的测距精度，精度是够用了。但是在15米以下的高度，特别是只用1米左右时，激光测距也表示无能为力。
嫦娥四号接纳激光测距
那么如果我们进一步进步频率呢？电磁波中频率最高的就是伽马（γ）射线，而它确实可以用来测高，这就是神舟十四飞船利用的伽马射线高度计。在返回舱的底部有一个放射性的伽马射线源，向地面发出一束伽马射线，这些伽马光子到达地面后会向四面八方散射，然后飞船再吸取反射回来的伽马光子。
如果间隔太远的话，只有很少的光子可以大概被反射回来，绝大部门都跑掉了。但随着间隔越来越近，近到1米左右时，吸取到的伽马光子数目会急剧增长，而且读数对高度非常敏感，可以到达极高的测距精度。以俄罗斯“同盟TMA”飞船为例，可以0.6~0.9米高度上实现4厘米的测距精度，而我国的神舟飞船至少不会比俄罗斯的产品差。
伽马射线高度计的原理
当伽马射线高度计发现已经降落到1米左右的指定高度后，会在20毫秒内向反推发动机发出点火信号，精准启动反推。正因为有了这个神器，才保障了神舟十四号飞船和3名航天员的安全归来。不外由于必要利用伽马射线源，内里装有放射性物质，因此在返回舱着陆之后要敏捷的用一个特制的屏蔽盖子把放射源盖住，以免地面人员受到射线伤害，事后还要取出来放到专用容器中储存。
别的神舟飞船着陆后的场景，能看到底部被加了个小盖子
讲到这里，我想有些网友又会产生疑问：中俄的飞船都利用反推着陆，那美国的飞船用什么呢？他们还真不消这个技能。随着航天飞机的退役，美国的载人航天又回到了飞船时代，不外不管是60年前的阿波罗飞船，照旧现在的载人龙飞船，都没有伽马射线高度计，难道美国飞船不怕摔？
那固然不是，美国载人飞船的着陆方式无一例外都是在海上溅落。所谓溅落就是飞船在降落伞减速之后，直接落在海面上，“溅”起一身水。由于海水具有很强的缓冲作用，所以返回舱可以不消很精确的测距，呯得一声掉进水里就完事了，然后再用小艇或直升机把航天员接走，或者把返回舱整个拖上船，航天员再出舱。
龙飞船在海上降落
海上溅落的好处非常多，除了不消精确测高之外，还省去了反推发动机和燃料重量，对飞船总体设计带来了好处。另外地球表面70%的面积都是海洋，飞船在选择着陆区的时间也比力机动。既然溅落有这么多优势，为什么中俄却不谋而合地选择了难度更高的陆上着陆呢？
这是由于中俄在海洋上的气力还不像美国那样强盛。美国的军事基地遍布环球，海军拥有十几艘航空母舰，还有很多两栖攻击舰，可以方便地摆设在地球上的大部门海域，而且不怕别人干扰。但我国在海外军事基地方面无法和美国相比，要想在海上溅落，必要出动一支巨大的舰队掩护着陆区，期间肯定有别的权势的干扰，耗费的人力物力将是惊人的。
打捞龙飞船
所以我国选择了更为稳妥的陆上着陆方式，规避了海上溅落的风险。我国大西北拥有广袤的草原和戈壁，陆上着陆的园地不是题目，又掌握了反推着陆技能，自然比在海上要安全得多。但是反推着陆固然是高科技，也有它的缺陷，那就是飞船触地的缓冲不如海水那么好，会对返回舱构成一定损伤，从而无法再重复利用了。SpaceX的龙飞船接纳溅落方式，就可以重复利用。
龙飞船航天员出舱
神舟飞船是一次性飞船，重复利用的题目不消考虑。但未来的新一代飞船就具备接纳复用的能力，因此就不能再接纳反推着陆方式，而是换成了群伞+气囊，气囊可以为返回舱提供很好的缓冲，颠末维护之后就可以再一次利用。
新飞船接纳群伞+气囊缓冲
返回后的新一代载人飞船试验船，能看到底部的气囊
现在新飞船已经进行过一次飞行试验，验证了气囊缓冲的有用性。信任在不久的将来，我们就不会再看到飞船着陆时的火光了。
#神十四航天员乘组将踏上回家之旅##头条创作挑衅赛# |
