约翰·格伦如何成为首位绕地球轨道飞行的美国人并成功着陆

摘自1962年6月《大众科学》杂志,以纪念格伦95岁生日

2016年7月18日,星期一,前NASA宇航员、美国参议员和军用飞行员约翰·格伦迎来了他的95岁生日。为了庆祝这一时刻,《大众科学》杂志分享了格伦首次出现在我们杂志上的文章。这篇文章题为《如何从10万英里高空返回》,最初由韦斯利·S·格里斯沃尔德撰写,探讨了格伦——第一位绕地球飞行的美国人——安全返回任务所需的技术。

当美国宇航员从轨道返回时,他必须从每小时17,500英里的速度减速到大约20英里。

在此过程中,他的航天器会向前推进数千英里,并向下坠落约100英里。这一切都发生在一个惊人短的时间内——以约翰·格伦中校为例,是23分钟。

Three retrorockets, fired one at a time, reduce speed of capsule to divert it from orbit and start it on its way down
《大众科学》,1962年6月

一个人如何完成这场最壮观的人类坠落,并毫发无伤地生还?随附的图示展示了使这次令人敬畏的下降成为可能且安全的行动顺序。

宇航员的返航开始于他点燃固定在他黑色小型航天器底部的三枚反推火箭。时机至关重要。他正以每秒五英里的速度飞行。反推火箭发射延迟一秒,就会导致他偏离目标五英里。

当他飞越太平洋,向加利福尼亚俯冲时,他会与加州阿圭拉角进行一次时间校对。然后他设定一个计时器来触发反推火箭,并为一次惊心动魄的减速做好准备。

(如果他因此失能或昏迷,阿圭拉角可以通过无线电指令启动反推火箭。)

请记住,当这个关键时刻临近时,这个12英尺高、钟形设计的航天器正以其六英尺宽的底部向前疾驰。它的乘员向后坐着,面对着航天器28英寸的脖子。那脖子的一半空间里,装着最终拯救他的手段。

反推火箭按顺序点燃:间隔五秒。它们的作用就像施加了强大的刹车。当格伦上校的“友谊7号”从西边冲向加利福尼亚时,他对着麦克风喊道:“感觉就像我们要回到夏威夷了。”

速度大幅减慢的航天器现在开始在一个长而平的、横跨大陆的弧线上下降,最终在巴哈马群岛附近的大西洋上溅落。通常,固定在航天器上的反推火箭模块在点燃后会立即脱落。

航天器以钝头向前的方式下降,使其在空气动力学上成为一个粗糙的物体,这本身就有助于减缓下降速度。

与此同时,当它更深地穿过越来越稠密的地球大气层时,它通过大气层产生的摩擦力威胁着要将其吞噬。

玻璃纤维内衬的隔热罩,一个假底部,温度升至3000度时会变成樱红色。它的外层涂层剥落并燃烧。航天器本身的底部,尽管有隔热罩保护,也加热到350-400度。航天器内部的空气明显变暖——在格伦的情况下,达到108度。然而,宇航员本人在他的空调宇航服中感到舒适。

The capsule heats up and begins to slow down
《大众科学》,1962年6月

制动。当航天器从超过500,000英尺的高度下降到21,000英尺时,它的速度已经从惊人的轨道速度减缓到大约300英里/小时。一旦达到21,000英尺,由诺斯罗普公司文图拉部门开发和建造的一个非凡着陆系统就开始工作。

在该高度,一个灵敏的测高仪开关触发了一个微型迫击炮。一个发射装置将一个小的白色减速伞从航天器顶部弹出。这是一个带状伞。它看起来像一堆缝合在一起的长方形孔洞。如果不是满是孔洞,它在飓风中就和雨伞一样没用。减速伞系在一个30英尺长的绳子上,使其脱离了下坠航天器产生的湍流尾迹。它充其量只有六英尺宽。绳子上的强大拉力将其嘴部收缩到四英尺宽。

这似乎对速度和重力是微不足道的制约,但它使航天器稳定下来,并将速度减缓到大约185英里/小时。

在减速伞弹出的那一刻,一包四盎司的碎铝箔被抛到空中。它爆开形成了一个雷达搜索目标,看起来像一架飞机一样大。现在他们知道航天器大概会降落在哪里。

释放主降落伞。在10,000英尺处,作为航天器脖子顶端的天线盖会自动释放,就像瓶子上的盖子一样。减速伞固定在盖子上,而盖子又连接着巨大的主降落伞。减速伞和天线盖一起将主降落伞拉出。然后它们会自行断开并掉落。

主降落伞,一个直径63英尺的橙白条纹伞,以折叠状态从包装中展开。如果过早展开,它可能会被撕裂。在精确计时四秒钟内,它的开口不允许超过10英尺。

然后,固定在大降落伞两侧的切割器会自动切断折叠线。降落伞的开口突然扩大到42英尺。

“格伦上校称之为‘你生命中见过最美的景象’。这个巨大的尼龙捕风器将航天器向上拉,直到它以每秒30英尺,或每小时20.5英里的速度平稳地下降到海上。”

(如果减速伞未能打开,一个红灯会警告宇航员。然后他可以释放主降落伞。如果它也未能打开,他还有一个相同的备用降落伞可以依赖。)

A Parachute Deploys
《大众科学》,1962年6月

海军的耳朵。当主降落伞在10,000英尺处被拉出时,一个3.5磅重的深水炸弹,几乎和拳头和手腕一样大,从航天器坠落到海里。它会潜入水下4,000英尺,然后爆炸。附近的海军舰艇上的声纳听到声音并立即确定其位置。

在离海面8,000英尺处,航天器的隔热罩向下移动四英尺,拉下一个几乎与航天器本身一样大的圆形、硅涂层的玻璃帘——一块带有对角线排列的两英寸孔洞的帘子。

这是航天器的撞击袋。在下降过程中,空气会填充袋子,但无法像进入时那样容易地排出。瞬间,当隔热罩撞击海浪时,袋子就像一个气垫。

The capsule lands
《大众科学》,1962年6月

在水面上。航天器内的惯性开关感应到着陆冲击并释放主降落伞。如果任其连接,可能会导致航天器倾覆并淹没乘员。

当航天器在海浪中轻轻漂浮时,撞击袋会充满水。袋子里有粉状染料——鲜绿色用于吸引空中搜寻者,黑色用于驱赶鲨鱼。这些染料会溶解并从袋子的孔洞中流出。

宇航员抛弃了他的备用降落伞。一根鞭状天线从半空的航天器脖子中伸出,开始广播海空救援和归航信号。

然后就看海军的了。

 

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