科技馆里学航天

裴媛媛

走进中国科学技术馆四层太空探索展厅，首先映入眼帘的便是展厅中间矗立的一件形似大钟、通体斑驳、颜色暗褐的镇馆之宝——神舟一号返回舱。它是中国载人航天计划发射的第一艘无人试验飞船——神舟一号飞船的重要组成部分，见证了中国载人航天事业的启航。

1992年9月，我国确定了载人航天“三步走”的发展战略。第一步实现发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步突破航天员出舱活动技术、空间飛行器交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。从1992年立项开始，经过近7年的研究，我国航天工程师们克服重重困难，一步步实现了载人航天零的突破。

随着天宫空间站的全面建成，我国载人航天“三步走”发展战略目标已初步实现。（来源：中国航天科技集团）

1999年11月20日凌晨6时，神舟一号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，11月21日凌晨3时41分顺利降落在内蒙古中部地区的着陆场，在太空中共飞行21个小时。神舟一号虽然没有载人，但它是中国载人航天工程的首次飞行，标志着中国在载人航天飞行技术上取得了重大突破，是中国航天史上的重要里程碑。自此，中国成为继美、俄之后世界上第三个掌握载人航天技术的国家。

神舟一号飞船在酒泉卫星发射中心成功发射

国外航天器纸模型“大神”Alfonso制作的神舟十二号飞船与天和核心舱对接的纸模型，可以直观地看到神舟飞船轨道舱、返回舱和推进舱三舱结构布局。

2022年第十二届北京科学嘉年华上，神舟十三号载人飞船返回舱首次向公众展出。（来源：北京市科协）

中国科技馆展出的神舟一号返回舱表面颜色较深的一面，这是返回时与大气发生剧烈摩擦被高温烧蚀导致的。

在每次载人航天发射的新闻报道中，我们都能听到神舟飞船的名字，但神舟飞船并不是一个独立的装置，而由三大部分组成，分别是轨道舱、推进舱、返回舱。轨道舱是神舟飞船的“多面手”，在我国载人航天的不同阶段，承担了不同的任务，从生活舱、实验舱，到气闸舱、对接机构舱，伴随着载人航天任务的升级，功能不断变化。推进舱是神舟飞船的能源动力支持舱段，它安装有发动机、太阳能电池板，为神舟飞船提供变轨机动控制动力。返回舱是神舟飞船的核心控制舱，也是航天员在升空和返回阶段的座舱和工作舱，飞船的控制中心就在返回舱中，航天员随时可以通过返回舱的设备了解飞船状态，启动相关控制指令。

从神舟一号到神舟十五号，神舟飞船根据任务的变化不断进行功能升级，但是返回舱的外观结构一直没有变化。下面我们就从中国科技馆展出的神舟一号返回舱来一起认识它的特点吧。

返回舱的外形结构像一口大钟，高约2.5米、直径约2.5米，据说重量有3吨左右。仔细观察，会发现其外观整体呈暗褐色，其中一面颜色较深，另一面颜色较浅。这是因为在返回过程中，由于入轨角度导致舱体两侧与大气发生剧烈摩擦的程度不同，温度高的一侧表面有上千摄氏度，是高温将它烧蚀成了这个样子。航天员王亚平之前在接受采访时曾回忆乘坐神舟飞船返回地球时的感受：就像孙悟空在太上老君的炼丹炉里那样，舷窗外部烧得通红，还有噼里啪啦响的声音，感觉非常震撼，令人惊心动魄。

神舟飞船返回舱返回时被高温烧蚀时的模拟画面。为避免与大气剧烈摩擦产生的高热烧穿舱壁，返回舱表面涂有烧蚀材料，利用材料的热解、熔化、蒸发等方式散热。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500千克。为避免局部过热，返回舱还有滚转调姿发动机，会通过自转使其均匀受热。

返回舱的舷窗玻璃有3层，既耐高温又高度密封，以确保航天员的安全。

2021年9月17日神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆（摄影：新华社记者任军川）

可能有人会疑惑，这么高的温度，像一些卫星、货运飞船等航天器受控再入大气层时都会被烧掉，返回舱为什么没有被烧坏呢？大家仔细看返回舱，在暗褐色的表面布满了蜂窝状结构的特殊材料。为了保护舱内航天员和各种仪器设备的安全，返回舱表面及底部包裹着一层厚厚的防热层。它是由特殊的玻璃纤维与有机合成树脂复合而成的烧蚀材料制成，在返回舱和大气剧烈摩擦时，烧蚀材料会蒸发升华和分解，在此过程中将绝大部分热量带走，从而保护返回舱的安全。这也是返回舱落地后地面搜救人员能很快靠近返回舱的原因。

返回舱上还有个特殊位置就是舷窗，这个特殊的部位，不仅要做到耐高温，还要实现高度密封的性能。为此，返回舱的舷窗玻璃有3层，内部两层为钢化玻璃，不仅能承压，还可以对舱体进行密封，最外层是特制高温防热玻璃，为内部阻隔了绝大部分热量。

在返回舱的一侧还能看到一个空腔，这个位置是储存降落伞的伞舱。降落伞是保障返回舱安全着陆的关键设备，是航天员回家的安全保护伞。返回舱在通过大气层的烧灼后，下一个关键点就是减速。由于重力的作用，返回舱的下降速度非常快，要让它降到一个航天员可承受的着陆速度，降落伞必须确保安全顺利打开。返回舱的降落伞分为引导伞、减速伞、主伞3顶伞。首先，返回舱在距地面大约10千米的高度自动打开伞舱盖，拉出引导伞，引导伞再拉出减速伞，这时返回舱的下降速度约180米/秒。减速伞工作19秒后，与返回舱分离，同时拉出主伞，这时返回舱的下降速度逐渐由80米/秒减到40米/秒，然后再减至7～8米/秒。在整个过程中，减速伞和主伞并不能一下子全部打开，这是为了防止过载太大，冲击航天员的身体。同时，为了防止主伞出现故障，返回舱还配有备份伞。在返回舱从6千米高度向5千米下降时，如果用时少于预定时间，系统会判断为主伞系统工作异常，从而自动启动备份伞，保证航天员的安全。

在中国科技馆神舟飞船返回舱的操作臺上，有两套可以旋转的平板电脑，转动电脑让摄像头对准返回舱，就能看到利用AR技术实现的虚拟成像系统，可以让人们了解更多有关返回舱内部的结构和功能。赶快到中国科技馆来体验吧！

2021年全国科普日“中国飞天梦”中国航天科普巡展活动首站在广东科学中心开展，现场亮相的神舟四号返回舱上，主、备份降落伞的伞舱清晰可见。