神舟十二号成功着陆地球!为何飞船返回时会燃烧,升空时却不会?

激动人心的时刻!就在刚才 , 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 。
神舟十二号成功着陆地球!为何飞船返回时会燃烧,升空时却不会?
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神舟十二号成功着陆地球!为何飞船返回时会燃烧,升空时却不会?】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 。
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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 。
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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
神舟十二号成功着陆地球!为何飞船返回时会燃烧,升空时却不会?
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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 。
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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 。
神舟十二号成功着陆地球!为何飞船返回时会燃烧,升空时却不会?
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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 。
神舟十二号成功着陆地球!为何飞船返回时会燃烧,升空时却不会?
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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 。