神舟十六号我国成功发射的第一艘飞船是!飞船返回地球时剧烈燃烧,为何发射时不会?

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-06-14 09:37 标签： 我国成功发射的第一艘飞船是
激动人心的时刻！神舟十二号返回舱载着聂海胜、刘伯明、汤洪波三位航天员，成功降落在东风着陆场！三位航天员在中国空间站上生活了长达三个月，创造了我国航天员在太空中飞行最长时间的纪录。至此，神舟十二号载人飞行任务宣告圆满完成，我们终于等到三位老帅哥回地球一起欢度中秋佳节。从前方发回的图像可以看到，神舟十二号返回舱的外壳已经烧得黑乎乎的，它在返回过程中经历过高温燃烧过程。而在3个月前，神舟十二号发射升空时，外壳并没有被烧过。那么，神舟十二号载人飞船同样穿过大气层，为什么返回地球时会燃烧起来，而升空时却不会经历这样的过程呢？神舟十二号发射升空3个月前，长征二号F运载火箭点火，芯一级火箭和四枚助推器喷射出强大的烈焰，托举着神舟十二号载人飞船，克服地球引力，拔地而起，冲上蓝天。随着燃料快速消耗掉、助推器分离、一二级火箭分离等过程，火箭的重量迅速下降，火箭加速度变得越来越高，飞行速度也在快速增加。但由于地球大气层十分稠密，火箭加速很困难。因此，火箭升空前期的飞行速度不会很快，它与空气之间的相互作用也不会很剧烈，气动加热效应不会很显著。虽然火箭的外壳也会升温，但还不至于让外壳燃烧起来。在整流罩的保护下，载人飞船在升空时不会接触到太多的热量，可以确保安全。高度为100公里的卡门线被视为大气层与外太空的分界线，在卡门线之下，火箭的速度不到每秒3公里，这样的速度不足以让火箭外壳温度变得非常高。到了卡门线之上，大气已经变得非常稀薄，火箭正式进入太空。此时火箭不再会受到气动加热效应的影响，整流罩将会分离，载人飞船直接暴露在太空中。由于太空中阻力很小，火箭很容易把飞船加速到第一宇宙速度，即7.9公里/秒。神舟十二号返回地球在完成各项任务之后，三位航天员乘坐神舟十二号载人飞船与空间站进行分离。载人飞船由三个部分组成，分别是推进舱、返回舱和轨道舱，三位航天员待在返回舱中。在飞船返回时，轨道舱先会被抛离，它独自留在太空中继续绕地球飞行。然后，推进舱、返回舱组合体调转方向，让推进舱朝向前方，推进舱再启动火箭发动机，对飞船进行“刹车”。于是，飞船的轨道从圆形变成抛物线，与地球有交点，它正式踏上返回地球的轨道。在地心引力的作用下，飞船自由滑翔下落。待到距离卡门线45公里时，也就是距离地面145公里时，推进舱在大气层外被抛离。然后，返回舱调整好姿态，让防热大底朝着下方，以大约1.6度的再入攻角冲进大气层中。接下来，返回舱将会经历整个任务最为惊险的阶段。返回舱以每秒7.9公里的极快速度再入大气层中，其底部会强烈压缩空气，飞船的巨大动能转化为空气的巨大热能，使得空气温度变得非常高。飞船接触这样的高温空气之后，温度会上升至1600 ℃。另外，飞船与空气的直接摩擦作用，也会产生一些热量。为了应对强大的气动加热效应，返回舱外层涂上了烧蚀材料。它们经过燃烧之后，会从飞船上剥离，同时带走大量的热量，使返回舱的温度维持在正常水平，从而确保里面航天员的安全。在这个阶段，返回舱被高温等离子体所包裹，使得无线电波通信发生中断，飞船进入“黑障区”之中。此时，舱内的航天员透过舷窗，可以看到外面烧得通红，不断有碎片在窗外快速划过，场面蔚为震撼。飞船在这个阶段会面临巨大的风险，一不小心就有可能发生灾难性的意外。2003年，美国宇航局（NASA）的哥伦比亚号航天飞机再入大气层时，因为过热而发生解体，机上7名宇航员全都不幸遇难。原因是哥伦比亚号在发射升空时，外储箱上的一块泡沫掉下来，击中左侧机翼，把机翼上防热的碳-碳复合材料板砸出一个十几厘米宽的破洞。航天飞机在飞上太空时，由于在稠密大气层中的飞行速度不快，产生的热量很有限，所以安然无恙。但在重返大气层时，大量1600 ℃的高温气体涌入机翼破洞，导致整架航天飞机在空中解体，造成“机毁人亡”的惨烈航天事故。经过4分钟的艰难飞行，神舟十二号返回舱穿过黑障区，速度和温度都得到大幅度下降，通信恢复。当飞船降落到距离地面10公里的高度时，降落伞会打开，防热大底也会被抛离。待到高度下降至1米时，返回舱的反推火箭发动机启动，让返回舱最终能够安全着陆。总之，神舟十二号的返回过程可谓是危险重重，飞船和航天员都经受住了严峻的考验。我们终于等到了三位航天英雄，让我们一起热烈欢迎他们回家。
2022-11-12 11:19
来源:
科技大头条
天舟五号发射升空！飞船返回时会剧烈燃烧，发射时为什么不会？
在2022年11月9日天舟四号货运飞船从中国空间站组合体撤离了，在这一天，我们还有一个大动作，那就是天舟五号货运飞船和长征七号遥六运载火箭组合体垂直转运到了发射区。而这些操作也意味着天舟五号货运飞船发射进入了倒计时。
对于空间站来说，天舟货运飞船以及神舟载人飞船都是非常重要的，神舟载人飞船负责把航天员送上空间站并将航天员从空间站接回地面，而天舟货运飞船则负责为空间站运输各种物资、推进剂。我们的天舟货运飞船运输能力极强，单次发射任务就可以将多达6.5吨的物资送去空间站，一次发射任务就可以满足3名航天员在空间站内生活、工作6个月，1年只需发射2次天舟货运飞船就能维持空间站的正常运行了，使用效率非常高。
在2022年11月12日10时03分，长征七号遥六运载火箭成功点火，天舟五号货运飞船顺利发射升空，从天舟四号飞船撤离再到天舟五号货运飞船发射，时间间隔只有2天，这也说明了我们空间站的运营过程中，技术、经验都已经非常成熟了。
飞船返回时为何会燃烧
如果观看了这些火箭、飞船发射过程以及返回地球过程的视频，相信大家都会发现有一个很大的不同之处，那就是飞船在发射升空的时候并不会出现剧烈燃烧的情况，但在返回地球时却会剧烈燃烧。同样是穿过地球大气层，为什么会有这样的差异呢？
以之前神舟十三号飞船返回地球的情况为例，当飞船返回舱进入大气层降落到地面以后，飞船返回舱的外部看起来就像是被烧得黑不溜秋那样，与发射之前的外观相差太大了，很明显就是飞船返回地球过程中经受了高温的灼烧。
这是因为飞船发射升空的时候，一开始速度为0，随着火箭点火发射升空后，飞船、火箭组合体就获得了一个加速度。但是由于在发射初期火箭、飞船组合体的起飞重量非常大，再加上地面附近的空气密度非常大，所以发射初期火箭、飞船组合体的加速度并不是很大，加速相当困难。
这就是飞船、火箭组合体在大气层中飞行时没法达到很快速度的原因。由于飞行速度不是很快，所以飞船、火箭组合体与空气的相互作用就相对较弱一些，气动加热效应并不会很明显，飞船、火箭外部就没有出现剧烈燃烧的现象。
随着火箭的燃料不断燃烧，飞船、火箭组合体的重量会不断下降，加速度会越来越快，速度也会越来越快，但是随着它们不断上升，空气密度也会越来越低，特别是当飞船、火箭组合体穿过了外太空与地球大气层的界线的分界线卡门线后，几乎就没有什么空气阻力了，这时候气动加热效应几乎也就可以忽略不计了，自然也就不会出现剧烈燃烧的情况。
当载人飞船返回地球的时候，飞船的飞行速度达到或者接近地球的第一宇宙速度7.9公里每秒，在环绕地球飞行几圈后，飞船就会找准进入大气层的“入口”、时机，以几公里每秒的高速闯入地球大气层。
在下降的过程中，飞船受到的空气密度越来越大，产生的气动加热效应非常明显，所以飞船外部的温度急剧上升到上千摄氏度，从外部看起来就像是一个燃烧的火球。女航天员王亚平在接受采访时就曾经表示飞船再入大气层时外部烧得通红，就像太上老君的炼丹炉那样。如果是从月球、火星返回地球的飞船，进入大气层时速度会更快，表面温度会高达3000℃左右。
这就是飞船返回地球时会剧烈燃烧，发射时不会剧烈燃烧的原因，能够燃烧的主要因素就在于飞船返回时速度非常快，而地球有一个浓密的大气层。如果飞船是降落到没有大气层的星球，那就不会出现燃烧的现象，例如飞船、探测器在登陆月球时就没有燃烧，因为月球没有大气层。
也正是飞船高速进入大气层时会剧烈燃烧，所以载人航天的门槛非常高。虽然很多国家都具备了发射卫星、探测器的能力，但是很少有国家具备了载人航天的能力，因为他们都没有能力让飞船经受上千摄氏度高温的灼烧后将宇航员接回来。
为了让执行飞行任务的航天员能够安全返回地球，载人飞船也是经过特殊处理的，在载人飞船返回舱外部覆盖着蜂窝状防热材料。当返回舱以极快的速度进入大气层时，执行烧蚀材料、防热材料就会带着大量的热量，从而保护了返回舱。虽然返回舱外部的温度高达上千摄氏度，内部的温度却只有30℃左右。返回搜狐，查看更多
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2021年10月16日0时23分，我国的神舟十三号载人飞船载着翟志刚、王亚平、叶光富三位航天员顺利发射升空，此次飞行任务是中国空间站关键技术验证阶段的最后一次飞行任务，按照计划，他们将在中国空间站中驻留六个月的时间。2022年4月16日9时56分，神舟十三号成功返回地球！在中国空间站工作和生活了183天之后，三位航天员完美地完成了神舟十三号飞行任务并且平安归来，此次任务创造了中国航天员在轨飞行时长的新纪录，也标志着中国空间站关键技术验证阶段的顺利完成。我们从现场传回的影像中可以看到，神舟十三号返回舱的外壳存在着明显的烧蚀痕迹，这说明了它在返回地球时经历过高温燃烧的过程，另一方面来讲，当神舟十三号发射升空的时候，其外壳并没有燃烧，那么问题就来了，为何飞船返回时会燃烧，升空时却不会呢？通常我们都会将空间站想象成一种“漂浮”在地球上空的物体，但实际情况却是，空间站其实一直在以第一宇宙速度围绕着地球运动，这样才可以长时间地停留在太空中。当飞船从空间站返回地球的时候，其初速度也与空间站相等，要知道第一宇宙速度大约是每秒钟7.9公里，显而易见的是，如此高的速度根本不适合在地球表面着陆，因此我们必须要让飞船在着陆之前进行大幅减速，怎么做呢？答案就是利用空气的阻力。对于一个在空气中运动的物体而言，它的速度越快，其受到的空气阻力就越强，利用这个原理，我们就可以让返回的飞船大幅减速。当飞船在空气中高速运动的时候，会剧烈地压缩其迎风面的空气，并因此产生大量的热能，从而导致飞船表面的温度迅速升高到上千摄氏度，远远看上去，就好像飞船在燃烧一样。也就是说，飞船返回时的“燃烧”与我们常见的燃烧现象并不一样，它其实是飞船在高速穿过地球大气层时发生的气动加热现象所产生的高温造成的，那为什么飞船在升空时却不会产生高温呢？我们接着看。地球大气层中的空气并不是均匀分布的，具体表现为，距离地球表面越近，空气就越稠密，而随着高度的增加，大气层中的空气密度就会指数级地下降。比如说在地球表面附近平均厚度仅为12公里的对流层中，就包含了地球大气层的大约75%的大气质量以及90%以上的水蒸气质量，而在距离地球表面100公里的大气层，空气密度却只有海平面的220万分之1左右。在飞船发射升空的时候，其速度并不是一下子就提升到第一宇宙速度，而是一个缓慢加速的过程，这就意味着，在地球大气层空气稠密的区域中，飞船其实是在以相对缓慢的速度飞行，其气动加热现象并不明显，根本就不足以让飞船“燃烧”，而当飞船的速度提升到足够快的时候，它也飞得足够高，此时空气已经变得非常稀薄，其气动加热现象同样不明显，飞船当然也就不会“燃烧”了。看到这里，可能有人会问了，在飞船返回地球的过程中，假如我们让飞船以相对缓慢的速度穿过地球大气层空气稠密的区域，飞船同样也不会“燃烧”，那我们为什么不这样做呢？其实这是因为我们暂时还没有这样的能力，从目前的情况来看，我们只能通过两种方法来给飞船减速，一种是减速伞，另一种则是反推装置。如果我们用减速伞的话，那么在空气稀薄的区域，减速伞根本起不到减速的作用，而由于飞船返回地球时的速度太快，假如我们在空气稠密的区域打开减速伞时，减速伞就会在一瞬间就被巨大的空气阻力撕裂，就算没被撕裂，它也会在上千摄氏度的高温中烧蚀殆尽。而如果想要用反推装置来使飞船大幅减速的话，则需要大量的燃料，这就要求我们在发射飞船时额外携带大量的燃料，而想要将这些额外的燃料发射升空，就需要更多的燃料来提供升空的动力……这根本就不现实。所以目前所有返回地球的飞船，都主要是借助空气阻力来减速，神舟十三号当然也不例外，其过程可以简单地描述为，首先利用空气阻力来让自己的速度不断降低，当速度降低到一定程度（并且达到特定高度）的时候，再打开一系列的减速伞让自己进一步降速，然后在即将着陆之前启动反推装置，进而在地球表面平安着陆。整个过程说起来简单，做起来就是另一回事了，总而言之，此次神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功，彰显了我国强大的航天实力，向神舟十三号的三位航天员致敬，欢迎回到地球！

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