飛船降落傘：航天員返回的安全保障

近日，據美媒報道，美國宇航局在亞利桑那州的訓練場利用一架運輸機，成功進行了第七次獵戶座載人飛船的傘降系統試驗，目的是測試降落傘能否正常打開，以便為該飛船在2020年搭乘太空發射系統重型運載火箭進行首次發射打下基礎。

載人飛船降落傘不僅美國的載人飛船需要它，包括俄羅斯和中國的載人飛船同樣需要，降落傘系統是載人飛船當之無愧的保護神。那麼，載人飛船的降落傘有何特點？它又是如何打開工作的呢？

美國宇航局進行獵戶座載人飛船降落傘系統投放試驗

安全返回的關鍵

關於載人飛船返回地面的障礙，大家首先會想到高空摩擦帶來的高溫考驗，因此需要研製熱盾來保護飛船。但是，降落傘系統同樣是載人飛船返回艙安全返回地球的關鍵裝置。

返回艙闖過熱障難關，繼續下降到距離地面10公里高度時，雖然這時的速度已經在大氣阻力作用下大大降低，但仍達到200米/秒左右，這就需要降落傘來完成最後減速。

如果返回艙沒有安裝降落傘，帶來的後果不堪設想。例如，1986年美國挑戰者號太空梭在空中爆炸後，雖然乘員艙保持完整，航天員也還活著，但乘員艙在下降過程中高速撞擊海平面解體，造成航天員全部遇難。

那麼，返回艙安全返回地面有沒有其他方法呢？美國SpaceX公司研製的飛船曾試圖全程利用火箭反推著陸，但綜合考慮費效比和安全性，最後還是改為降落傘緩衝著陸。

降落傘是載人飛船返回時重要的減速裝置，它不僅可以降低返回艙的下降速度，還能保證返回艙下降姿態穩定。通俗地講，降落傘的目的就是在中低空打開後，將返回艙比高鐵還快的速度減至到普通人慢跑的速度，讓航天員安全著陸回家。

獨特的設計方式

載人飛船返回艙用的降落傘外形和人們日常用的雨傘相似，都是利用氣動阻力減速，二者主要的區別在於返回艙降落傘系統更複雜，傘衣和傘繩使用的材料都是經過了精挑細選，不僅舉重若輕，且更安全可靠。

另外，降落傘面積越大減速效果越好。例如，俄羅斯聯盟號載人飛船的返回艙重2.9噸，降落傘展開後尺寸足有1000平方米，如果從傘頂把它拎起來，傘衣有30米長，加上傘繩足有70多米長。

別看返回艙用的降落傘大，可它重量只有不到100公斤。這麼大的降落傘，如果用普通降落傘材料製成，根本無法實現輕小的目標。因此，科研人員們精心挑選了高強度芳綸纖維來製作傘布和傘繩，讓它薄如蟬翼卻異常結實。

降落傘的傘繩同樣結實，每根傘繩的直徑只有幾毫米，卻能承受數十公斤的拉力，讓2.9噸重的聯盟號飛船返回艙安全著陸。

返回艙的降落傘不僅要輕薄兼顧，而且還要經過特殊的耐熱處理，可以承受400攝氏度的高溫，防止返回艙與大氣層摩擦產生的熱燒壞降落傘。

如果仔細看，降落傘頂部中心還有一個孔洞。降落傘利用空氣阻力減速，開一個大孔不是減少阻力了么？最早的降落傘還真沒這個孔，在實際使用中發現，降落傘會像鐘擺一樣晃個不停，更有一些降落傘一打開就被空氣阻力撕裂。

為了解決這個問題，科研人員在降落傘中央加上了孔口設計，讓空氣從下到上有一個通路，降落傘就會平穩下降。同時，返回艙攜帶的降落傘不能一次打開，否則空氣阻力會撕破降落傘。為了降低開傘是造成的衝擊，返回艙的降落傘不僅使用了引導傘和減速傘，還讓降落傘按照預定設計逐級打開，通過延長充氣展開時間來減少開傘衝擊。

此外，雖然降落傘主傘看上去是一整塊，但近距離看卻是由一千多條小傘布拼接而成，構成一個個同心圓環，相鄰每環傘衣之間留有寬度不同的縫隙，空氣可以從這裡流過，從而減少阻力。

多把傘需依次打開

說了那麼多，返回艙返回時，它的降落傘到底怎麼使用呢？以俄羅斯的聯盟號載人飛船為例，返回艙以超高聲速再入大氣層後，摩擦產生高溫並形成黑障，大約20分鐘後飛出黑障區，在下降到距離地面12公里高度時，速度降低到240米/秒。

隨著返回艙高度進一步下降，就輪到降落傘大顯身手了。雖然，聯盟號飛船返回艙的主傘面積高達1000平方米，但這樣大的主傘不能一次全部打開，否則輕薄的大傘直接就被空氣衝破，飛船會狠狠地砸在地面，造成航天員傷亡。因此，聯盟號飛船的降落傘攜帶有多把傘，並按程序依次打開。

當返回艙降低到10公里高度時，傘艙蓋上的空氣靜壓感測器發出彈射指令，傘艙蓋和附帶的一具小引導傘和大引導傘先後展開，隨後再拉出14平方米的減速傘。這些傘依次打開後，使返回艙的下降速度逐步降低到90米/秒。

當返回艙的高度降低到7.5公里時，主傘從傘艙彈出，經過預定時間延遲，部分打開後，返回艙降低到大約5.5公里高度，其速度下降到35米/秒時，火工切割刀自動切斷收口繩，讓1000平方米的巨大主傘徹底展開。此時，返回艙下降速度逐步降低到6米/秒左右，在著陸前啟動艙底的制動火箭，讓速度降低到2~3米/秒，最後安全著陸。

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