我們一直期待載人太空任務，但今天我們要談談為什麼讓機組人員返回地球仍然是一個巨大的挑戰。
太空一直吸引著人們，它是一種神秘的、未被探索的東西。 黎明，遙遠的行星向我們招手，鼓勵我們研究、實驗和行星際飛行。 值得一提的是，最近的太空飛行，雖然我們還沒有坐頭等艙旅行，但似乎掌握了基本卷。 阿爾忒彌斯一號登月任務本應飛行，但由於天氣狀況，發射被推遲到 1 月 2 日。 而在焦急等待發射的同時，我們必須明白，回歸也將是一個關鍵時刻，儘管這是一次無人任務。
太空任務可分為兩類。 航天器有朝一日將返回地球的那些主要是載人任務，以及那些獲得單程票的任務。 這裡我們還可以提一下未來的載人任務，比如埃隆·馬斯克的火星任務，不一定會返回地球。 但實際上，這樣的飛機也必須降落在某個地方。 事實證明，著陸階段是此類任務中最困難的部分。 今天我們就來嘗試一下。
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船員和設備安全
自從人類第一次飛入太空以來，我們一直擔心他的健康和飛行的整體成功。 在載人飛行的情況下，任何時刻都可能至關重要。 如果是無人任務，船員和船上設備的安全一直是重中之重。 此類任務的工程師和領導者，以及宇航員或宇航員本身，都了解此類飛行的所有風險。 並非所有這些任務都成功了，尤其是第一個任務，但重要的是要得出結論，糾正錯誤，以後不要重蹈覆轍。
例如，在阿波羅飛船的第一次任務中，一切都在發射前測試階段以悲劇收場。 在著名的阿波羅 13 號任務中，飛行過程中發生了事故，導致無法登陸月球表面。 幸好有可能拯救船員並成功將船帶離硫磺島航空母艦7,5公里。 得出了結論，下一艘任務船僅在 5 個月後就被送入太空。 即使是最成功的阿波羅 11 號任務，在宇航員登陸月球表面以及隨後起飛和返回地球的過程中也充滿了緊張的時刻。 蘇聯聯盟號飛船也遭遇了多次事故。 不幸的是，這曾經是並且現在是航天工業的常態。
是的，這些大多是單一的、不可預測的情況。 然而，在任何涉及返回地球的載人航天任務中，總會有令人驚嘆的時刻。 您可能知道在火星上登陸無人駕駛車輛時會出現不可預測的問題，但在載人任務的情況下，人的生命處於危險之中。 我們都記得 2003 年的災難——在著陸期間，“哥倫比亞”號航天飛機在濃密的大氣層中燃燒殆盡，七名機組人員慘死。
下面是電影《阿波羅13》的片段，展示了宇航員在地球上著陸的過程。 當然，這是一部有規律的電影，不一定能準確反映現實，但也相差不大。
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為什麼從太空安全返回地球是個問題？
似乎重力在這裡應該有所幫助，所以沒有必要努力讓火箭減速。 但它的速度是每小時幾萬公里——這是該設備進入地球軌道所必需的速度（所謂的第一宇宙速度，即 7,9 公里/秒），甚至超越它（第二宇宙速度，即 11,2 公里/秒）並飛行，例如，飛往月球。 問題就是如此高的速度。
返回地球或降落在另一個星球上的關鍵點是剎車。 這和起飛時加速飛船一樣麻煩。 畢竟，火箭在起飛前並沒有相對於地球移動。 她著陸後也不會。 和我們在機場登機的飛機一樣。 雖然它在飛行中達到了900公里/小時（中型客機的巡航速度）的速度，但在著陸後又停止了。
這意味著即將降落在地球上的火箭必須將其速度降低到零。 這聽起來很簡單，但事實並非如此。 一架相對於地球必須從 900 公里/小時減速到 0 公里/小時的飛機比以大約 28 公里/小時飛行的火箭要容易得多。 此外，火箭不僅以瘋狂的速度飛行，而且幾乎垂直地進入大氣層的緻密層。 不像飛機那樣傾斜，而是在離開地球軌道後幾乎垂直。
唯一能有效減慢飛機速度的是地球大氣層。 而且它非常緻密，即使在外層，也會在下降裝置的表面產生摩擦，在不利的條件下會導致其過熱和損壞。 因此，在飛船減速到比第一艘飛船略小的速度後，它開始下降，墜落到地球上。 通過在大氣中選擇合適的飛行路徑，可以確保載荷的出現不超過允許值。 然而，在下降過程中，船壁可以而且應該加熱到非常高的溫度。 因此，只有在外殼上有特殊的熱保護裝置時，才能安全地下降到地球大氣層中。
即使是比地球薄100多倍的火星大氣層，也是一個嚴重的障礙。 所有下降到紅色星球表面的設備都能感受到這一點。 它們經常發生事故，或者它們只是在火星大氣中燃燒。
有時這種制動是有用的，正如在任務中大氣充當額外的製動，幫助飛行器進入地球的目標軌道所證明的那樣。 但這些都是例外。
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大氣製動是有效的，但它有很大的缺點
是的，大氣製動非常有效，但它有很大的缺點，儘管它是有效制動所必需的。
在前往其他行星的軌道飛行任務中，這種減速並不完全，返回地球與完全減速有關。 這同樣適用於火星車登陸火星。 進入它的軌道的探測器不能完全停止，否則它會掉到紅色星球的表面。
太空中的設備，繞地球運行或從月球返回，以起飛時賦予它們的巨大速度移動。 因此，比如國際空間站會時不時地調整軌道，把它抬高，因為它越高，停留在軌道所需的速度應該越低。
由於提供這些速度需要相應的能量消耗，因此制動必須與類似的能量消耗相關聯。 因此，如果能夠在進入大氣層之前將裝置減速，低速飛行，甚至緩慢下落到地球上，它就不會發熱那麼大，對機組人員的危險也將是微不足道的。
這就是問題所在。 太空飛行需要巨大的能源成本。 火箭有效載荷的質量只是火箭總起飛質量的一小部分。 大多數情況下，火箭中間有燃料，其中大部分在通過大氣層較低層的第一階段燃燒。 有必要將船上的設備或船員送入太空。 著陸時離開地球軌道也需要燃料，而且燃料量非常大。 因此，在製動時，存在燃油引起船舶起火的危險。 在大多數情況下，著陸過程中因高溫而爆炸的是油箱。
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著陸，類似於起飛，只是方向相反
為了在進入大氣層之前使飛行器幾乎完全減速，必須使用與起飛期間相同的燃料量，假設飛行器的質量在任務期間沒有顯著變化。 然而，當我們將提升船舶和隨後製動所需的燃料添加到船舶的重量時，結果會成倍增加。 而正是這種悲慘的經濟計算，意味著仍然需要依靠地球大氣層的抑制。
例如，SpaceX Falcon 9火箭著陸時使用了燃料，但這里火箭本身很輕（大部分只有油箱返回地球），並沒有進行從遙遠的軌道返回。
工程師計算出，在地球上著陸所需的每公斤燃料資源與起飛進入軌道所需的燃料資源相同。 也就是說，它幾乎就像起飛一樣，只是方向相反。
而且，很可能，這種情況會持續很長時間。 不僅在阿爾忒彌斯一號任務期間，而且在人類到達紅色星球之後。 當這個障礙在某種程度上被克服時，就可以說我們終於掌握了太空飛行。 因為每個人都可以起飛，但是降落可能會有問題。
但是，當我們的科學家和工程師設法解決複雜問題時，歷史上有很多例子。 我們希望很快飛往月球或火星的飛行不會比從紐約飛往基輔的飛行更困難。 以愉快和安全的著陸。
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一位未被認可的數學天才和一位務實的利他主義者的觀點尤其有趣。