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                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?
                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    ​當載人宇宙飛船或者運送貨物的宇宙飛船完成太空任務之后,接下來將要面臨十分危險的再入大氣層過程。飛船在穿過稠密的地球大氣層時,將會產生上千度的高溫,威脅飛船的安全。

                    那么,為什么宇宙飛船要冒著燒毀的風險加速穿過地球大氣層?為什么宇宙飛船不在太空中直接打開降落傘,然后慢慢降落回地球呢?

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    宇宙飛船在太空中以很快的速度繞著地球旋轉,例如,載人飛船一般在距離地表400公里的軌道上環繞地球運動,其軌道速度為7.7公里/秒。想要把這么快的速度降為零,絕非易事。

                    當飛船要返回地球時,制動火箭將會啟動,對飛船進行減速,降低飛行高度,使其脫離原先的軌道,進入一個與地球表面相交的軌道,這樣飛船就能踏上返回地球的旅途。

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    不過,飛船并不是豎直落向地球,如果是這樣,在地球引力的作用下,加上飛船本身原有的速度,飛船將會以極高的速度沖進地球大氣層。速度過快,氣動熱效應過強,巨大的熱量會燒毀飛船。

                    另一方面,飛船進入地球的角度也不能太小。否則飛船在飛向濃密的地球大氣層時,會被反彈回太空中,無法正常受控返回地球。

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    不過,控制好角度,飛船能以跳躍式再入大氣層。飛船沖入大氣層后,被彈回太空中,充分減速后,然后再進入大氣層。通過這樣的方式,可以讓速度達到第二宇宙速度(11.2公里/秒)的飛船返回地球。

                    目前,我國的新一代載人飛船試驗船已經成功通過跳躍式再入大氣層。未來,載人登月飛船可以通過這種方式返回地球。

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    一般而言,飛船會以大約3度的再入角進入大氣層。只有以合適的角度再入大氣層,飛船既不會燒毀,也不會彈出太空,可以利用大氣層進行充分減速。

                    由于飛船并不是靜止從太空中落回地球,在太空中打開降落傘是沒有意義的。首先,太空幾乎是真空的,降落傘打不開,根本起不到減速作用。其次,飛船以極高的速度返回進入大氣層,與空氣的相互作用將會產生巨大的熱量,降落傘會被燒毀。

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    飛船以極高的速度再入大氣層,將需要面對高溫挑戰。當飛船在大氣層中高速飛行時,飛船前端會強烈壓縮空氣形成激波,由此產生巨大的熱量。為了應對上千度的高溫,飛船外層包裹著隔熱材料,或者能夠剝離帶走熱量的燒蝕材料。

                    高溫還會讓飛船周圍的空氣發生電離,形成等離子體。這會阻斷飛船與地面控制中心的通信,飛船進入“黑障區”,這是返回時最為危險的階段。

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    2003年,美國宇航局(NASA)的哥倫比亞號航天飛機在再入大氣層期間,由于過熱而導致解體,這個隱患是在發射時埋下的。在哥倫比亞號發射升空時,一塊公文包大小的泡沫從***燃料箱上脫落,撞上航天飛機的左側機翼,砸出了一個25厘米寬的破洞。當航天飛機再入大氣層時,巨大的熱量涌入破洞,最終引發解體。

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    那么,為什么航天飛機在飛上太空時沒有解體?或者說為什么飛船在升空時不會產生高溫?

                    飛船在升空時,由于巨大的重力和空氣阻力,加速十分困難,飛船的速度并沒有被加速到很快的速度。在沖出濃厚的大氣層時,飛船的速度也只有大約1公里/秒,這樣的速度不會產生巨大的熱量。因此,升空時的氣動熱效應不會產生什么威脅。

                    飛船同樣穿過大氣層,為何返回時會有高溫,而升空時沒有?

                    穿過黑障區之后,飛船的速度已經大幅度降低。隨著高度的下降,空氣密度也變得越來越高。待到合適的速度,飛船的降落傘才會打開,這樣才能給飛船起到減速作用。一些飛船在著陸之前還會啟動反推火箭,使飛船最終能夠安全著陸。

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