天舟五號發(fā)射升空！飛船返回時(shí)會劇烈燃燒，發(fā)射時(shí)為什么不會？
在2022年11月9日天舟四號貨運(yùn)飛船從中國空間站組合體撤離了，在這一天，我們還有一個(gè)大動作，那就是天舟五號貨運(yùn)飛船和長征七號遙六運(yùn)載火箭組合體垂直轉(zhuǎn)運(yùn)到了發(fā)射區(qū)。而這些操作也意味著天舟五號貨運(yùn)飛船發(fā)射進(jìn)入了倒計(jì)時(shí)。
對于空間站來說，天舟貨運(yùn)飛船以及神舟載人飛船都是非常重要的，神舟載人飛船負(fù)責(zé)把航天員送上空間站并將航天員從空間站接回地面，而天舟貨運(yùn)飛船則負(fù)責(zé)為空間站運(yùn)輸各種物資、推進(jìn)劑。我們的天舟貨運(yùn)飛船運(yùn)輸能力極強(qiáng)，單次發(fā)射任務(wù)就可以將多達(dá)6.5噸的物資送去空間站，一次發(fā)射任務(wù)就可以滿足3名航天員在空間站內(nèi)生活、工作6個(gè)月，1年只需發(fā)射2次天舟貨運(yùn)飛船就能維持空間站的正常運(yùn)行了，使用效率非常高。
在2022年11月12日10時(shí)03分，長征七號遙六運(yùn)載火箭成功點(diǎn)火，天舟五號貨運(yùn)飛船順利發(fā)射升空，從天舟四號飛船撤離再到天舟五號貨運(yùn)飛船發(fā)射，時(shí)間間隔只有2天，這也說明了我們空間站的運(yùn)營過程中，技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)都已經(jīng)非常成熟了。
飛船返回時(shí)為何會燃燒
如果觀看了這些火箭、飛船發(fā)射過程以及返回地球過程的視頻，相信大家都會發(fā)現(xiàn)有一個(gè)很大的不同之處，那就是飛船在發(fā)射升空的時(shí)候并不會出現(xiàn)劇烈燃燒的情況，但在返回地球時(shí)卻會劇烈燃燒。同樣是穿過地球大氣層，為什么會有這樣的差異呢？
以之前神舟十三號飛船返回地球的情況為例，當(dāng)飛船返回艙進(jìn)入大氣層降落到地面以后，飛船返回艙的外部看起來就像是被燒得黑不溜秋那樣，與發(fā)射之前的外觀相差太大了，很明顯就是飛船返回地球過程中經(jīng)受了高溫的灼燒。
這是因?yàn)轱w船發(fā)射升空的時(shí)候，一開始速度為0，隨著火箭點(diǎn)火發(fā)射升空后，飛船、火箭組合體就獲得了一個(gè)加速度。但是由于在發(fā)射初期火箭、飛船組合體的起飛重量非常大，再加上地面附近的空氣密度非常大，所以發(fā)射初期火箭、飛船組合體的加速度并不是很大，加速相當(dāng)困難。
這就是飛船、火箭組合體在大氣層中飛行時(shí)沒法達(dá)到很快速度的原因。由于飛行速度不是很快，所以飛船、火箭組合體與空氣的相互作用就相對較弱一些，氣動加熱效應(yīng)并不會很明顯，飛船、火箭外部就沒有出現(xiàn)劇烈燃燒的現(xiàn)象。
隨著火箭的燃料不斷燃燒，飛船、火箭組合體的重量會不斷下降，加速度會越來越快，速度也會越來越快，但是隨著它們不斷上升，空氣密度也會越來越低，特別是當(dāng)飛船、火箭組合體穿過了外太空與地球大氣層的界線的分界線卡門線后，幾乎就沒有什么空氣阻力了，這時(shí)候氣動加熱效應(yīng)幾乎也就可以忽略不計(jì)了，自然也就不會出現(xiàn)劇烈燃燒的情況。
當(dāng)載人飛船返回地球的時(shí)候，飛船的飛行速度達(dá)到或者接近地球的第一宇宙速度7.9公里每秒，在環(huán)繞地球飛行幾圈后，飛船就會找準(zhǔn)進(jìn)入大氣層的“入口”、時(shí)機(jī)，以幾公里每秒的高速闖入地球大氣層。
在下降的過程中，飛船受到的空氣密度越來越大，產(chǎn)生的氣動加熱效應(yīng)非常明顯，所以飛船外部的溫度急劇上升到上千攝氏度，從外部看起來就像是一個(gè)燃燒的火球。女航天員王亞平在接受采訪時(shí)就曾經(jīng)表示飛船再入大氣層時(shí)外部燒得通紅，就像太上老君的煉丹爐那樣。如果是從月球、火星返回地球的飛船，進(jìn)入大氣層時(shí)速度會更快，表面溫度會高達(dá)3000℃左右。
這就是飛船返回地球時(shí)會劇烈燃燒，發(fā)射時(shí)不會劇烈燃燒的原因，能夠燃燒的主要因素就在于飛船返回時(shí)速度非?？?，而地球有一個(gè)濃密的大氣層。如果飛船是降落到?jīng)]有大氣層的星球，那就不會出現(xiàn)燃燒的現(xiàn)象，例如飛船、探測器在登陸月球時(shí)就沒有燃燒，因?yàn)樵虑驔]有大氣層。
也正是飛船高速進(jìn)入大氣層時(shí)會劇烈燃燒，所以載人航天的門檻非常高。雖然很多國家都具備了發(fā)射衛(wèi)星、探測器的能力，但是很少有國家具備了載人航天的能力，因?yàn)樗麄兌紱]有能力讓飛船經(jīng)受上千攝氏度高溫的灼燒后將宇航員接回來。
為了讓執(zhí)行飛行任務(wù)的航天員能夠安全返回地球，載人飛船也是經(jīng)過特殊處理的，在載人飛船返回艙外部覆蓋著蜂窩狀防熱材料。當(dāng)返回艙以極快的速度進(jìn)入大氣層時(shí)，執(zhí)行燒蝕材料、防熱材料就會帶著大量的熱量，從而保護(hù)了返回艙。雖然返回艙外部的溫度高達(dá)上千攝氏度，內(nèi)部的溫度卻只有30℃左右。
