龙飞船凭啥可以不要整流罩?入轨后为啥那么白?太阳翼为啥烧不坏

11月11日10:03,搭载“坚韧号”载人龙飞船的“猎鹰九号”运载火箭,在佛州卡角发射升空,将crew-3乘组4人送往国际空间站。此次任务中,我们再次看到了裸露于火箭顶部的“龙”载人飞船,联想到整流罩这个运载火箭的常规配置,“龙”飞船凭啥可以不要整流罩?太阳翼不会烧坏吗?

配备对接口保护罩,保护高价值设备

载人飞船搭载于运载火箭之上,通常都是推进器在下、对接口在上,后者作为高价值的关键设备自然是精心保护的。如果是“神舟”、“联盟”这一类配备了整流罩的非复用载人飞船,就没有加装保护罩的必要性;如果是“龙”飞船、“星际航班”这一类没有整流罩的又需要复用的载人飞船,对接口保护罩就是必须的。“龙”飞船在配备了对接口保护罩的情况下,就可以在飞船起飞阶段和返回阶段保护对接机构免受大气烧蚀,使其保持安全可靠的状态,进而实现重复使用。

配备高性能防热材料和防热结构

通过国际空间站传回的视频和图片可以看出,在经历火箭助飞阶段以后,“龙”飞船依然保持了白净的样子,似乎没有受到高温气流的影响。为了抵御火箭上升阶段的大气烧蚀,“龙”飞船需要在周身外表面配备防热材料和防热结构。作为火箭上升阶段的迎风面,返回舱对接机构保护罩、锥面、非加压货舱外表面就需要加装防热材料,其中保护罩和和锥面是要重点照顾的,非加压货舱(尾舱)由于是一次性的,只需要满足上升段的防热需求。除了防热材料,“龙”飞船还需要在特殊位置配备防热结构,比如飞船的舷窗、太阳翼(位于尾舱柱段外表面的太阳能电池板)等,以满足不同功能的需要。

“龙”飞船之所以能在上升段经历大气烧蚀之后而保持白净,是因为火箭上升段的烧蚀作用要远低于下降阶段。运载火箭在搭载载人飞船上升时,速度是从零加速到接近第一宇宙速度的,待到火箭速度接近第一宇宙速度时,火箭即将飞出稠密大气层,并且飞船与火箭组合体构成了减小阻力的气动面,飞船表面受到的烧蚀作用要比返回时弱得多。而如果是在飞船返回阶段,飞船一开始的速度就接近第一宇宙速度,接着要经历动力减速和气动减速的高速飞行、剧烈烧蚀阶段,要经历黑障区(80千米至30千米高度),这一过程烧蚀之剧烈远远超过上升阶段。为了抵挡这一阶段的大气烧蚀,作为迎风面的“龙”飞船大底需要最厚的防热材料。

从“龙”飞船每次返回的画面可以看出,船身的烧蚀程度相对有限,并没有到极端的乌漆麻黑的状态,这说明飞船配备的防热材料性能还是比较优异的。如此就能理解,在火箭上升段有限的烧蚀作用下“龙”飞船为什么可以基本保持白净。

作为新一代飞船的杰出代表,“龙”飞船采用了新式的两舱结构,并将逃逸系统整合进了返回舱,自然就不需要有效载荷整流罩的束缚。同时,为了应对火箭上升阶段的大气烧蚀,需要配备对接机构保护罩并在周身加装防热材料(特别是返回舱),并且为了满足飞船功能需要配备舷窗、太阳翼等防热结构。经过严密的防热设计,“龙”飞船才得以在没有整流罩的情况下顺利飞天。

作者:大白高国

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