科技館里學(xué)航天

裴媛媛

走進(jìn)中國(guó)科學(xué)技術(shù)館四層太空探索展廳，首先映入眼簾的便是展廳中間矗立的一件形似大鐘、通體斑駁、顏色暗褐的鎮(zhèn)館之寶——神舟一號(hào)返回艙。它是中國(guó)載人航天計(jì)劃發(fā)射的第一艘無(wú)人試驗(yàn)飛船——神舟一號(hào)飛船的重要組成部分，見(jiàn)證了中國(guó)載人航天事業(yè)的啟航。

1992年9月，我國(guó)確定了載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。第一步實(shí)現(xiàn)發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程，開(kāi)展空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)；第二步突破航天員出艙活動(dòng)技術(shù)、空間飛行器交會(huì)對(duì)接技術(shù)，發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題；第三步建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。從1992年立項(xiàng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)近7年的研究，我國(guó)航天工程師們克服重重困難，一步步實(shí)現(xiàn)了載人航天零的突破。

隨著天宮空間站的全面建成，我國(guó)載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)已初步實(shí)現(xiàn)。（來(lái)源：中國(guó)航天科技集團(tuán)）

1999年11月20日凌晨6時(shí)，神舟一號(hào)飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，11月21日凌晨3時(shí)41分順利降落在內(nèi)蒙古中部地區(qū)的著陸場(chǎng)，在太空中共飛行21個(gè)小時(shí)。神舟一號(hào)雖然沒(méi)有載人，但它是中國(guó)載人航天工程的首次飛行，標(biāo)志著中國(guó)在載人航天飛行技術(shù)上取得了重大突破，是中國(guó)航天史上的重要里程碑。自此，中國(guó)成為繼美、俄之后世界上第三個(gè)掌握載人航天技術(shù)的國(guó)家。

神舟一號(hào)飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射

國(guó)外航天器紙模型“大神”Alfonso制作的神舟十二號(hào)飛船與天和核心艙對(duì)接的紙模型，可以直觀地看到神舟飛船軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙三艙結(jié)構(gòu)布局。

2022年第十二屆北京科學(xué)嘉年華上，神舟十三號(hào)載人飛船返回艙首次向公眾展出。（來(lái)源：北京市科協(xié)）

中國(guó)科技館展出的神舟一號(hào)返回艙表面顏色較深的一面，這是返回時(shí)與大氣發(fā)生劇烈摩擦被高溫?zé)g導(dǎo)致的。

在每次載人航天發(fā)射的新聞報(bào)道中，我們都能聽(tīng)到神舟飛船的名字，但神舟飛船并不是一個(gè)獨(dú)立的裝置，而由三大部分組成，分別是軌道艙、推進(jìn)艙、返回艙。軌道艙是神舟飛船的“多面手”，在我國(guó)載人航天的不同階段，承擔(dān)了不同的任務(wù)，從生活艙、實(shí)驗(yàn)艙，到氣閘艙、對(duì)接機(jī)構(gòu)艙，伴隨著載人航天任務(wù)的升級(jí)，功能不斷變化。推進(jìn)艙是神舟飛船的能源動(dòng)力支持艙段，它安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)、太陽(yáng)能電池板，為神舟飛船提供變軌機(jī)動(dòng)控制動(dòng)力。返回艙是神舟飛船的核心控制艙，也是航天員在升空和返回階段的座艙和工作艙，飛船的控制中心就在返回艙中，航天員隨時(shí)可以通過(guò)返回艙的設(shè)備了解飛船狀態(tài)，啟動(dòng)相關(guān)控制指令。

從神舟一號(hào)到神舟十五號(hào)，神舟飛船根據(jù)任務(wù)的變化不斷進(jìn)行功能升級(jí)，但是返回艙的外觀結(jié)構(gòu)一直沒(méi)有變化。下面我們就從中國(guó)科技館展出的神舟一號(hào)返回艙來(lái)一起認(rèn)識(shí)它的特點(diǎn)吧。

返回艙的外形結(jié)構(gòu)像一口大鐘，高約2.5米、直徑約2.5米，據(jù)說(shuō)重量有3噸左右。仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)其外觀整體呈暗褐色，其中一面顏色較深，另一面顏色較淺。這是因?yàn)樵诜祷剡^(guò)程中，由于入軌角度導(dǎo)致艙體兩側(cè)與大氣發(fā)生劇烈摩擦的程度不同，溫度高的一側(cè)表面有上千攝氏度，是高溫將它燒蝕成了這個(gè)樣子。航天員王亞平之前在接受采訪時(shí)曾回憶乘坐神舟飛船返回地球時(shí)的感受：就像孫悟空在太上老君的煉丹爐里那樣，舷窗外部燒得通紅，還有噼里啪啦響的聲音，感覺(jué)非常震撼，令人驚心動(dòng)魄。

神舟飛船返回艙返回時(shí)被高溫?zé)g時(shí)的模擬畫(huà)面。為避免與大氣劇烈摩擦產(chǎn)生的高熱燒穿艙壁，返回艙表面涂有燒蝕材料，利用材料的熱解、熔化、蒸發(fā)等方式散熱。直徑2.5米的神舟返回艙表面積有22.4平方米，防熱材料總重量約500千克。為避免局部過(guò)熱，返回艙還有滾轉(zhuǎn)調(diào)姿發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)通過(guò)自轉(zhuǎn)使其均勻受熱。

返回艙的舷窗玻璃有3層，既耐高溫又高度密封，以確保航天員的安全。

2021年9月17日神舟十二號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸（攝影：新華社記者任軍川）

可能有人會(huì)疑惑，這么高的溫度，像一些衛(wèi)星、貨運(yùn)飛船等航天器受控再入大氣層時(shí)都會(huì)被燒掉，返回艙為什么沒(méi)有被燒壞呢？大家仔細(xì)看返回艙，在暗褐色的表面布滿了蜂窩狀結(jié)構(gòu)的特殊材料。為了保護(hù)艙內(nèi)航天員和各種儀器設(shè)備的安全，返回艙表面及底部包裹著一層厚厚的防熱層。它是由特殊的玻璃纖維與有機(jī)合成樹(shù)脂復(fù)合而成的燒蝕材料制成，在返回艙和大氣劇烈摩擦?xí)r，燒蝕材料會(huì)蒸發(fā)升華和分解，在此過(guò)程中將絕大部分熱量帶走，從而保護(hù)返回艙的安全。這也是返回艙落地后地面搜救人員能很快靠近返回艙的原因。

返回艙上還有個(gè)特殊位置就是舷窗，這個(gè)特殊的部位，不僅要做到耐高溫，還要實(shí)現(xiàn)高度密封的性能。為此，返回艙的舷窗玻璃有3層，內(nèi)部?jī)蓪訛殇摶Ａ?，不僅能承壓，還可以對(duì)艙體進(jìn)行密封，最外層是特制高溫防熱玻璃，為內(nèi)部阻隔了絕大部分熱量。

在返回艙的一側(cè)還能看到一個(gè)空腔，這個(gè)位置是儲(chǔ)存降落傘的傘艙。降落傘是保障返回艙安全著陸的關(guān)鍵設(shè)備，是航天員回家的安全保護(hù)傘。返回艙在通過(guò)大氣層的燒灼后，下一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是減速。由于重力的作用，返回艙的下降速度非常快，要讓它降到一個(gè)航天員可承受的著陸速度，降落傘必須確保安全順利打開(kāi)。返回艙的降落傘分為引導(dǎo)傘、減速傘、主傘3頂傘。首先，返回艙在距地面大約10千米的高度自動(dòng)打開(kāi)傘艙蓋，拉出引導(dǎo)傘，引導(dǎo)傘再拉出減速傘，這時(shí)返回艙的下降速度約180米/秒。減速傘工作19秒后，與返回艙分離，同時(shí)拉出主傘，這時(shí)返回艙的下降速度逐漸由80米/秒減到40米/秒，然后再減至7～8米/秒。在整個(gè)過(guò)程中，減速傘和主傘并不能一下子全部打開(kāi)，這是為了防止過(guò)載太大，沖擊航天員的身體。同時(shí)，為了防止主傘出現(xiàn)故障，返回艙還配有備份傘。在返回艙從6千米高度向5千米下降時(shí)，如果用時(shí)少于預(yù)定時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)判斷為主傘系統(tǒng)工作異常，從而自動(dòng)啟動(dòng)備份傘，保證航天員的安全。

在中國(guó)科技館神舟飛船返回艙的操作臺(tái)上，有兩套可以旋轉(zhuǎn)的平板電腦，轉(zhuǎn)動(dòng)電腦讓攝像頭對(duì)準(zhǔn)返回艙，就能看到利用AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛擬成像系統(tǒng)，可以讓人們了解更多有關(guān)返回艙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能。趕快到中國(guó)科技館來(lái)體驗(yàn)吧！

2021年全國(guó)科普日“中國(guó)飛天夢(mèng)”中國(guó)航天科普巡展活動(dòng)首站在廣東科學(xué)中心開(kāi)展，現(xiàn)場(chǎng)亮相的神舟四號(hào)返回艙上，主、備份降落傘的傘艙清晰可見(jiàn)。