神十四发射成功!如何让航天员更舒服地乘坐火箭?

神十四发射成功!如何让航天员更舒服地乘坐火箭?

2022年6月5日10时44分,长征二号F运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空,陈冬、刘洋、蔡旭哲3名中国航天员乘坐神舟十四号载人飞船飞赴中国空间站,中国空间站建造阶段首次载人发射任务取得圆满成功。在为期6个月的太空生活中,他们将见证中国空间站全面建成。后续,神舟十四号载人飞船将对接于天和核心舱径向端口。

从神舟五号到神舟十四号,长征二号F运载火箭已经完成9次载人发射,成功将14名航天员送入太空。不仅成绩出色,长征二号F运载火箭还颇受好评——航天员聂海胜回忆他的飞天经历时曾说:“我们乘坐的火箭、飞船都非常舒适,几乎感觉不到振动。”

转运中的长征二号F火箭

长征二号F运载火箭不是“生来如此”。在它第一次执行载人飞行任务的时候,还一度使航天员非常痛苦……

2003年10月15日,航天员杨利伟乘坐的神舟五号飞船,由长征二号F运载火箭发射升空。一开始,火箭飞行得很平稳,作为首个飞向太空的中国人,杨利伟当时甚至觉得坐火箭比平时乘坐电梯还要安稳一些。由于受过充足的训练,在首次感受到过载带来的压力和负荷时,杨利伟感到驾轻就熟,对顺利完成这次飞行任务信心十足。

搭载着神舟五号飞船的长征二号F运载火箭发射升空

然而,当火箭上升到距离地面三四十千米的高度时,火箭和飞船开始剧烈抖动,杨利伟感到一阵难以忍受的痛苦袭来。他曾在《天地九重》一书中回忆道:“痛苦的感觉越来越强烈,五脏六腑似乎都要碎了。我几乎无法承受,觉得自己快不行了。”26秒后,难受的感觉逐渐减轻直至消失,杨利伟描述当时的感觉“如释千钧重负,如同一次重生”。之后,他按照预定计划顺利完成飞行任务,安全返航。

航天员杨利伟在神舟五号飞船中

任务完成后,结合杨利伟的描述和数据分析,科研人员发现长征二号F运载火箭在发射过程中出现过短暂的共振现象,就是它导致了杨利伟遭受痛苦经历。那么,什么是共振?为什么它会让杨利伟感到痛苦呢?

共振

共振是物理学的专业术语,简单来讲,指的是两个振动频率相同的物体,其中一个发生振动时,另一个也会被引起振动,这一现象在声学中也叫共鸣。

在我们的日常生活中,共振现象十分普遍,例如,我们说话时喉咙振动与空气共振,形成了能够听到的音节;在雪山上大喊与积雪共振,引起雪崩等等。

声音的共振会引发雪崩

火箭飞行中,长征二号F火箭的箭体结构产生了与人体内脏器官的振动频率接近的振动,发生共振,引起了杨利伟体内内脏器官的振动。于是,内脏器官开始愈加剧烈地振动起来,这使杨利伟经历了26秒的痛苦体验。

通过研究科研人员发现,共振从火箭上升段一直持续到助推器关机,并且这次共振的振动量级明显大于之前的无人飞行试验,是一种不应该出现的特殊现象。又经过几轮的数据分析和试验后,科研人员终于发现了火箭发生共振的原因。

原来,长征二号F运载火箭的助推器输送推进剂时,推进剂流动产生的频率与火箭部分箭体结构频率相近,发生了共振,引起了火箭箭体结构的剧烈振动。在神舟五号发射的过程中,火箭箭体结构的振动又引发了航天员身体内脏的振动,导致航天员感到痛苦难耐。那么,有没有什么办法能够避免共振,保护航天员的身体健康,让他们坐火箭的时候更舒适呢?

长征二号F火箭箭体结构及助推器结构示意图

为了解决共振产生的这一问题,科研人员研制了一种叫做“变能蓄压器”的神器。它能够在不同的飞行时段有效地调整助推器中推进剂的流动频率,避免火箭箭体结构发生振动,进而避免航天员的身体与火箭箭体结构发生共振,保护了航天员在飞行过程中的安全。我国此后的历次载人航天飞行中,航天员们再也没有遇到过类似的问题,再也没有经历痛苦的共振。

目前,我国载人航天仍然保持着零事故率,但我们不应忘记,载人航天是一项危险系数很高的活动;不应忘记航天员飞天的光辉背后,是英勇献身,是勇往直前;不应忘记千千万万科研工作者,日夜攻坚,默默护航。在此,让我们向英雄的中国航天员致敬,向攻坚克难的中国航天人致敬!

今年是中国载人航天工程立项实施30周年,年底前后,我国的首个国家级太空实验室——中国空间站也将建成。未来,将有更多的航天员乘坐中国的火箭和飞船去往太空,进入中国空间站生活和工作。

加油航天人!

加油中国航天!

高考即将来临,祝学子们

发挥如航天员,稳中求胜

分数如长征二F,步步高升

学业如中国空间站,积沙成塔!

希望更多心怀航天梦的学子

未来能够投身航天

与我们共赴星海!

素材来源/《神舟巡天》(中国宇航出版社出版)、《天地九重》(解放军出版社出版)

编辑/杨斯爽

审核/杨洁

监制/徐春梅


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