Die Astronauten von Shenzhou 16 haben die Kabine sicher verlassen! Einige der Fotos der Rückkehrkapsel sind schwarz und einige golden. Was ist los?

Shenzhou 16 ist sicher nach Hause zurückgekehrt und viele Freunde haben die Live-Übertragung oder die Nachrichten darüber gesehen. Vielen Freunden ist vielleicht aufgefallen, dass einige der Fotos der Rückkehrkapsel auf dem Boden golden aussehen, während andere schwarz aussehen. Was ist los?

Diesem von der Nachrichtenagentur Xinhua veröffentlichten Foto zufolge ist die Rückkehrkapsel von Shenzhou 15 stockdunkel. Das Foto wurde vom Reporter Ren Junchuan der Nachrichtenagentur Xinhua aufgenommen.

Das Bild der Rückkehrkapsel Shenzhou 16 stammt von der Nachrichtenagentur Xinhua und wurde von Li Gang fotografiert.

Das Bild der Rückkehrkapsel Shenzhou 16 und der Astronauten, die das Raumschiff verlassen, stammt von der Nachrichtenagentur Xinhua und wurde von Li Gang fotografiert.

Warum ist nur eine Seite der Rückkehrkapsel dunkel?

Dies liegt definitiv nicht an Farbunterschieden, Beleuchtung oder anderen Problemen. Als die Rückkehrkapsel wieder in die Atmosphäre eintrat, war eine Seite zwar „geschwärzt“, die andere Seite jedoch relativ sauber. Durch die Änderung des Aufnahmewinkels sah jeder unterschiedliche Blicke.

Ah? Es brennt nicht gleichmäßig. Gab es einen Sicherheitsunfall? Tatsächlich ist dies nicht der Fall. Wenn wir uns die Daten der Vergangenheit ansehen, werden wir feststellen, dass seit Shenzhou 1 bei allen früheren Rückkehrkapseln eine Seite schwarz und die andere glänzend war.

Shenzhou 1 Rückholkapsel

Diese ungleichmäßige Ablation ist eigentlich beabsichtigt. Wenn die Rückkehrkapsel des Raumfahrzeugs wieder in die Atmosphäre eintritt, beträgt ihre Geschwindigkeit bis zu 7,9 Kilometer pro Sekunde. Um eine so große Menge an kinetischer Energie zu verbrauchen und der Rückkehrkapsel die sichere Rückfahrt der Astronauten zu ermöglichen, ist sie auf die Bremswirkung der Atmosphäre angewiesen. Einerseits hoffen wir, dass die Atmosphäre es aufhalten kann, andererseits möchten wir aber nicht, dass es zu einer allzu starken Bremsung kommt.

Was passiert, wenn die atmosphärische Bremse zu stark betätigt wird?

Erstens wird es den Astronauten im Inneren direkt schaden. Obwohl Astronauten über eine extrem gute körperliche Fitness verfügen und verschiedene Trainings absolviert haben, können sie sogar der 8- bis 9-fachen Schwerkraft der Erde standhalten. Doch Astronauten sind letztlich auch nur Menschen und wenn ihre Grenzen überschritten werden, wird es schwierig, ihre Sicherheit zu gewährleisten. Bei einer zu starken Verzögerung kann es zu einer Überlastung oder sogar zu Verletzungen der Astronauten kommen.

Zu starkes Bremsen könnte außerdem zu einer Überhitzung der Wiedereintrittskapsel führen, was ein gefährliches Risiko darstellt. Viele Menschen machten Fotos von der spektakulären Szene, als Shenzhou wieder in die Atmosphäre eintrat. Die Rückkehrkapsel flog vor ihr her, während die Antriebskapsel zerfiel und ihr hinterherjagte, wie zwei Feuerbälle, einer kontrolliert, einer unkontrolliert.

Shenzhou 16 tritt in die Atmosphäre ein. Bild aus dem Video der Nachrichtenagentur Xinhua

Die Atmosphäre auf der dem Wind zugewandten Seite der Rückkehrkapsel wird stark komprimiert und erhitzt sich augenblicklich auf ein- bis zweitausend Grad Celsius. Dadurch wird die umgebende Atmosphäre ionisiert und es bildet sich eine Plasmahülle, die sich um die Rückkehrkapsel legt (dies ist auch der Ursprung der „schwarzen Barriere“ bei der Kommunikation). Bei höheren Temperaturen würde die Rückkehrkapsel höchstwahrscheinlich verglühen.

Um eine sanfte Verzögerung zu erreichen, ist die stumpfe, hitzegeschützte Außensohle der Rückkehrkapsel beim Wiedereintritt in die Atmosphäre nicht in Flugrichtung ausgerichtet (da dies zu viel Widerstand verursachen und die Belastung der Astronauten sowie die Gefahr eines Verbrennens der Rückkehrkapsel erhöhen würde), sondern leicht zur Erde geneigt.

Schematische Darstellung der Apollo-Rückkehrkapsel. Beachten Sie, dass zwischen der Vorwärtsrichtung und der Unterseite der Rücklaufkapsel ein Winkel besteht. Bild von der NASA

Wie ein Wasserskifahrer, der halb stürzt und halb durch die Atmosphäre schwebt. Auf diese Weise wird eine Überhitzung der Rückkehrkapsel vermieden und die Astronauten fühlen sich im Inneren deutlich wohler. Diese Methode des Wiedereintritts wird als „halbballistisch“ bezeichnet.

Bild von pixabay.com

Die Form der hitzebeständigen Laufsohle ist fast bogenförmig und leicht nach unten geneigt, sodass der obere Teil stärker dem Wind ausgesetzt ist. Wenn unser ganzes Gesicht nach vorne gerichtet ist, können wir unsere Augen nicht öffnen und atmen, genau wie wenn wir gegen einen starken Wind laufen. Diese Probleme können gelöst werden, indem man den Kopf leicht senkt und die Stirn, die keine Angst vor dem Wind hat, stärkeren Winden standhält.

Daher wird die Oberseite der Wiedereintrittskapsel, die mit leicht gesenktem Kopf wieder in die Atmosphäre eintritt, heißer und dunkler sein. Die andere Seite hat eine niedrigere Temperatur, sodass sie ihr goldenes Aussehen behält.

Was ist mit der „verbrannten“ Rückkehrkapsel passiert?

Was sind das für schwarze Dinger? Dabei war nicht die Rückkehrkapsel verbrannt, sondern die hitzebeständige Beschichtung auf der Oberfläche der Kapsel hinterließ Karbidreste. Hohen Temperaturen können wir nicht frontal standhalten. Die Beschichtung dieser ablativen Materialien sublimiert und fällt ab, wodurch viel Wärme abgeführt und eine Überhitzung der Kabine verhindert wird.

Der Grund ist ganz einfach. Wir alle wissen, dass der Topf nur anbrennt, wenn das Wasser vollständig verkocht ist. Dies liegt daran, dass das kochende Wasser beim Verdampfen viel Wärme entzieht, wodurch die Temperatur im Topf am Siedepunkt gehalten werden kann.

Schematische Darstellung des Materialablationsprozesses aus Referenz [1]

Vergleich von Materialien vor und nach der Ablation aus Referenz [1]

Diese Technologien werden jedes Mal verwendet, wenn Shenzhou zurückkehrt. Dieses Mal ging Shenzhou XVI noch einen Schritt weiter und fügte der Wärmeschutzbeschichtung einige Neuerungen hinzu. Die Beschichtung der Bullaugen der Rückkehrkapsel verfügt über eine selbstreinigende Funktion, die eine Kontamination durch Ablation verhindern und sicherstellen kann, dass Astronauten während des Rückkehrvorgangs die äußeren Bedingungen durch das Fenster beobachten können. Nach der Landung der Rückkehrkapsel können Such- und Rettungskräfte am Boden die Kabine auch durch das Fenster beobachten. Dies ist ein Meisterwerk des Shanghai Institute of Ceramics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Ein Lob an sie!

Warum wurde der Boden der Wiedereintrittskabine nicht schwarz?

Lassen Sie mich hier noch etwas hinzufügen. Wenn wir uns die Fotos von Shenzhou 15 ansehen, werden wir ein seltsames Phänomen feststellen, wie im Bild unten gezeigt. Sieht der Boden der Rückholkapsel nicht ziemlich sauber aus? Es ist überhaupt nicht schwarz gebrannt, was ist los?

Das Bild der Rückkehrkapsel Shenzhou 15 wurde von Ren Junchuan von der Nachrichtenagentur Xinhua aufgenommen.

Es stellte sich heraus, dass dies nicht der ursprüngliche Boden der Rückkehrkapsel war. So sieht die originale hitzebeständige Laufsohle aus↓

Der Hitzeschild an der Unterseite der Rückkehrkapsel des Raumfahrzeugs Shenzhou. Bild vom CCTV News Channel

Die hitzebeständige Laufsohle ist an der Unterseite der Rückholkapsel angebracht. Bei ihrer Rückkehr wird die Rückkehrkapsel die schwerste Schutzaufgabe zu erfüllen haben und mit den größten Herausforderungen konfrontiert sein. Es wird tatsächlich schwarz gebrannt sein.

Schematische Darstellung der hitzebeständigen Laufsohle aus Referenz [2]

Nachdem die Rückkehrkapsel den Fallschirm jedoch für eine gewisse Zeit geöffnet hat, wird der Hitzeschild weggeworfen.

Der verschwommene Schatten ist die weggeworfene hitzebeständige Laufsohle.

Nach dem Abwerfen des Hitzeschildes wird die Rückkehrkapsel ihren Abstieg fortsetzen. Vor der endgültigen Landung werden mehrere Feststoffraketen mit Umkehrschub gezündet und schließlich abgebremst, um den Astronauten eine sichere Landung zu ermöglichen.

Foto mit freundlicher Genehmigung der Nachrichtenagentur Xinhua, Li Gang

Lassen Sie uns abschließend die wichtigsten Punkte dieses Artikels noch einmal durchgehen. Die Rückkehrkapsel wird in der Tat in einer Richtung schwarz verbrannt sein, während sie in der anderen Richtung viel heller aussehen wird. Dies wird durch die Haltung der Rückkehrkapsel verursacht, wenn diese beim Eintritt in die Atmosphäre abgebremst wird. Bei den schwarz verbrannten Bereichen der Rückkehrkapsel handelt es sich in Wirklichkeit um Karbide, die zurückblieben, nachdem die hitzebeständige Beschichtung auf der Oberfläche der Kapsel durch hohe Temperaturen zerstört wurde. Diese Flecken sind ein Beweis dafür, dass die verschiedenen Hitzeschutzmaßnahmen erfolgreich gewirkt haben.

Verweise

[1] Fang Zhou, Liang Xin, Deng Huoying, Dong Yanzhi, Dai Xiaowei. Leistung von wabenverstärkten, ablativen Wärmeschutzmaterialien auf Siliziumbasis mit geringer Dichte[J]. Luft- und Raumfahrtmaterialien und -technologie, 2021, 51(05): 79-83.

[2] Dong Yanzhi. Entwurf der hitzebeständigen Bodenstruktur des Raumfahrzeugs Shenzhou[J]. Raumfahrzeugtechnik, 2002, 11(4):4. DOI:CNKI:SUN:HTGC.0.2002-04-007.

Autor: Qu Jiong, populärwissenschaftlicher Autor

Rezension von Liu Yong, Forscher, National Space Science Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften