飞船返回舱再入大气层时，航天员为什么坐在“倒座”上？-木庄网络博客

本文摘自机械公民，侵删。

返回舱再入大气层，是航天员返回地球过程中环境最为恶劣的阶段。这一阶段，航天员至少要闯过两道“鬼门关”。

我们以神舟十二号载人飞船为例。当神舟十二号完成预定任务后，聂海胜、刘伯明和汤洪波三名航天员乘坐飞船返回舱返回地球。整个返回过程需要经过制动离轨、自由下降、再入大气层和着陆4个阶段。

神舟飞船结构

在制动离轨开始之前，飞船主体包括轨道舱（在前）、返回舱（居中）和推进舱（在后）这三个部分。制动离轨完成之后，轨道舱将会被留在太空轨道继续运行。这个时候，神舟十二号飞船只剩下推进舱和返回舱这两个部分了。

从真空环境进入到大气层，这个阶段被称为再入大气层阶段，这时飞船距离地面的高度一般为80～100公里。在这个阶段，飞船的推进舱将会被抛弃（然后如流星般坠落在大气层中烧毁），飞船主体只剩下返回舱。

神舟十二号飞船飞行全程示意图

再入大气层阶段，返回舱和航天员面临的第一道“鬼门关”是火焰关。返回舱在高速状态下会与空气产生剧烈的摩擦，从而产生几千摄氏度的高温。为了避免高温烧穿舱壁，返回舱的表面必须涂有烧蚀材料，利用材料的热解、熔化、蒸发等方式散热。

这种材料是石棉、玻璃与酚醛掺合形成的复合材料。直径2.5米的神舟返回舱表面积有22.4平方米，防热材料总重量约500公斤。同时，为了避免局部过热，返回舱还需要利用滚转调姿发动机，通过自转来均匀受热。

神舟十二号航天员撤离空间站，向地面表达感谢

过了这一关，航天员就要面对第二道“过载关”。返回舱进入稠密大气层后，会产生巨大的冲击过载，就像飞机撞上火山一样猛烈。随着高度的下降，过载越来越大，此时如果不采取任何措施，强大的过载很快就会超过航天员的承受极限。

所以，返回舱和航天员都要采取相应的措施来对抗过载。返回舱采取的措施是实施升力控制。通过启动自身携带的升力发动机来降低返回舱的下降速度，从而降低过载。

航天员采取的措施则是调整坐姿。坐在返回舱的“倒座”上，这时航天员乘坐的座椅方向与返回舱的飞行方向相反。

航天员

如何理解“倒座”这个概念呢？我们坐公交车时会发现，公交车上的大部分座位都是朝前的，但是也有少部分的座位是朝后的，人们把这些朝后的座位叫做“倒座”。在公交车加速或减速时，乘客的身体会往后或往前偏倒，容易发生危险，对身体造成危害。

航天员的“倒座”就是利用了这个原理。返回舱在再入过程中，由于受到空气阻力D的作用，一直处于减速状态，就好比公交车处于“刹车”状态。这时航天员采用“倒座”的姿势，能够确保自己的头部和上身紧压在带有赋形坐垫的座椅靠背上，使航天员便于承受较大的过载。

航天员“倒座”示意图

一般来讲，“倒座”与返回舱的“地板”呈20°夹角，这样由升力L产生的过载使航天员的臀部和大腿紧压在座椅上，可以提高航天员承受较大过载的耐受性。

返回舱实施升力控制、航天员调整坐姿，双重保障就可以确保航天员安全度过“过载关”。

最后，到了着陆阶段，返回舱的回收着陆系统开始工作，先后拉出引导伞、减速伞和主伞，使返回舱的速度缓缓下降，并抛掉防热大底。在距地面一米左右时，返回舱启动反推发动机，就可以实现软着陆。

写在最后

有趣的是，航天员不仅能在返回阶段坐在“倒座”上，在飞船的待发阶段和上升阶段也可以坐在“倒座”上，而且会感到很舒服。

神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明和汤洪波

在待发阶段，航天员坐在“倒座”上进行各项准备工作，这个时候飞船呈垂直竖立的状态，航天员躺在靠背与地板成20°的“躺椅”上，就如同男人在理发店内剃须或者女人在美容院美容时的半躺姿态。

在上升阶段，飞船将推力传递到航天员的“倒座”上，航天员感受到“倒座”的“推背力”，就像驾驶有强劲动力的跑车在加速一样。

飞船返回舱再入大气层时，航天员为什么坐在“倒座”上？