同样是穿过大气层,这些飞船在发射的时候为什么不会燃烧,在返回地球的时候却燃烧得这么剧烈呢?
飞船返回的时候为什么会燃烧?
随手抛出一个物体,这个物体很快就会掉下来,这是因为受到了地球引力的原因,抛出的物体没法离开地球,只能落下来。当然,如果我们抛出的物体速度足够快,达到地球的第一宇宙速度时就会摆脱地球的引力束缚不会掉下来。飞船就是这样的情况,在近地轨道飞行的飞船速度非常快,由于飞船的高度在几百公里,所以它的速度不需要达到第一宇宙速度7.9km/s,但也很接近这个速度。
也就是说发射时飞船速度较小。
如何返回呢?这是很复杂的过程。
在太空飞行时,神舟十三号飞船与空间站核心舱对接着,所以当它返回地球的时候,第一步就是要从空间站撤离。从空间站撤离以后,飞船还不能直接返回地球,需要在恰当的时机进行姿态的调整,还需要抛掉轨道舱,返回舱-推进舱组合体继续飞行,在恰当的时机推进舱的发动机点火进行制动,把飞船的速度降低。随着飞船速度的夏季,轨道高度也会随之下降,进入到返回轨道,下降到一定的高度时,推进舱也会被抛掉,这时候只有返回舱会再入大气层返回地球,而航天员就是乘坐这个返回舱返回地球的。
虽然飞船返回舱再入大气层的过程好像是掉下来那么简单,但是这个过程也很复杂,如果飞船返回舱再入大气层的角度太小就会被大气层弹出去,如果再入大气层的角度过大就会导致返回舱的速度过快,返回舱外部的温度就会过高,可能会直接把返回舱烧毁。
虽然前期飞船的推进舱进行了制动减速,但是再入大气层时的速度还是很快,高速进入大气层以后,飞船前方的空气就会被强烈压缩,在气动加热效应的作用下,飞船返回舱周围的空气温度急剧上升,可以达到上千摄氐度。如果返回时的速度更快,温度会更高,例如之前嫦娥五号探测器完成了月球取样以后,返回器带着样本从月球附近飞回地球时的速度达到了地球的第二宇宙速度11.2km/s,再入大气层时的温度接近3000℃。
也就是说,飞船返回时温度过高,主要原因就是返回速度过大。
温度这么高,一般的材料会直接烧毁或者融化。像之前的天舟二号货运飞船以及其他的卫星在再入大气层以后,都是直接在大气层中烧毁,化为灰烬的。载人飞船的情况就不同,因为载人飞船搭载了航天员,需要把航天员安全送回地球。所以为了保护飞船返回舱内的航天员,飞船返回舱外部就会涂有一些防热材料、烧蚀材料。当搭载航天员的返回舱进入大气层高温烧蚀以后,这些防热材料、烧蚀材料就会自行脱落,同时也会带走热量,起到保护返回舱的作用。所以返回舱内的航天员透过舷窗会看到返回舱的外部烧得通红,还会有噼里啪啦的声音。这些噼里啪啦的声音并不是返回舱损坏了,而是这些烧蚀材料脱落产生的。虽然返回舱外部的温度高达上千摄氏度,但是内部的温度却非常适宜,非常安全,这就是返回舱保护的效果,大家不需要担心。
这里就涉及许多物理知识了!
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