天舟五號發(fā)射升空！飛船返回時會劇烈燃燒，發(fā)射時為什么不會？
在2022年11月9日天舟四號貨運飛船從中國空間站組合體撤離了，在這一天，我們還有一個大動作，那就是天舟五號貨運飛船和長征七號遙六運載火箭組合體垂直轉(zhuǎn)運到了發(fā)射區(qū)。而這些操作也意味著天舟五號貨運飛船發(fā)射進入了倒計時。
對于空間站來說，天舟貨運飛船以及神舟載人飛船都是非常重要的，神舟載人飛船負責把航天員送上空間站并將航天員從空間站接回地面，而天舟貨運飛船則負責為空間站運輸各種物資、推進劑。我們的天舟貨運飛船運輸能力極強，單次發(fā)射任務就可以將多達6.5噸的物資送去空間站，一次發(fā)射任務就可以滿足3名航天員在空間站內(nèi)生活、工作6個月，1年只需發(fā)射2次天舟貨運飛船就能維持空間站的正常運行了，使用效率非常高。
在2022年11月12日10時03分，長征七號遙六運載火箭成功點火，天舟五號貨運飛船順利發(fā)射升空，從天舟四號飛船撤離再到天舟五號貨運飛船發(fā)射，時間間隔只有2天，這也說明了我們空間站的運營過程中，技術(shù)、經(jīng)驗都已經(jīng)非常成熟了。
飛船返回時為何會燃燒
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)有一個很大的不同之處，那就是飛船在發(fā)射升空的時候并不會出現(xiàn)劇烈燃燒的情況，但在返回地球時卻會劇烈燃燒。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，當飛船返回艙進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。
這是因為飛船發(fā)射升空的時候，一開始速度為0，隨著火箭點火發(fā)射升空后，飛船、火箭組合體就獲得了一個加速度。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，加速相當困難。
這就是飛船、火箭組合體在大氣層中飛行時沒法達到很快速度的原因。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，這時候氣動加熱效應幾乎也就可以忽略不計了，自然也就不會出現(xiàn)劇烈燃燒的情況。
當載人飛船返回地球的時候，飛船的飛行速度達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，飛船就會找準進入大氣層的“入口”、時機，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燃燒的火球。女航天員王亞平在接受采訪時就曾經(jīng)表示飛船再入大氣層時外部燒得通紅，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，進入大氣層時速度會更快，表面溫度會高達3000℃左右。
這就是飛船返回地球時會劇烈燃燒，發(fā)射時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速度非?？欤厍蛴幸粋€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就沒有燃燒，因為月球沒有大氣層。
也正是飛船高速進入大氣層時會劇烈燃燒，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，因為他們都沒有能力讓飛船經(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。當返回艙以極快的速度進入大氣層時，執(zhí)行燒蝕材料、防熱材料就會帶著大量的熱量，從而保護了返回艙。雖然返回艙外部的溫度高達上千攝氏度，內(nèi)部的溫度卻只有30℃左右。
