宇宙飞船返回时，为什么要冒着巨大风险加速穿过大气层？

Question

如题所述

Answer 1

当载人宇宙飞船或者运送货物的宇宙飞船完成太空任务之后，接下来将要面临十分危险的再入大气层过程。飞船在穿过稠密的地球大气层时，将会产生上千度的高温，威胁飞船的安全。

那么，为什么宇宙飞船要冒着烧毁的风险加速穿过地球大气层？为什么宇宙飞船不在太空中直接打开降落伞，然后慢慢降落回地球呢？

宇宙飞船在太空中以很快的速度绕着地球旋转，例如，载人飞船一般在距离地表400公里的轨道上环绕地球运动，其轨道速度为7.7公里/秒。想要把这么快的速度降为零，绝非易事。

当飞船要返回地球时，制动火箭将会启动，对飞船进行减速，降低飞行高度，使其脱离原先的轨道，进入一个与地球表面相交的轨道，这样飞船就能踏上返回地球的旅途。

不过，飞船并不是竖直落向地球，如果是这样，在地球引力的作用下，加上飞船本身原有的速度，飞船将会以极高的速度冲进地球大气层。速度过快，气动热效应过强，巨大的热量会烧毁飞船。

另一方面，飞船进入地球的角度也不能太小。否则飞船在飞向浓密的地球大气层时，会被反弹回太空中，无法正常受控返回地球。

不过，控制好角度，飞船能以跳跃式再入大气层。飞船冲入大气层后，被弹回太空中，充分减速后，然后再进入大气层。通过这样的方式，可以让速度达到第二宇宙速度（11.2公里/秒）的飞船返回地球。

目前，我国的新一代载人飞船试验船已经成功通过跳跃式再入大气层。未来，载人登月飞船可以通过这种方式返回地球。

一般而言，飞船会以大约3度的再入角进入大气层。只有以合适的角度再入大气层，飞船既不会烧毁，也不会弹出太空，可以利用大气层进行充分减速。

由于飞船并不是静止从太空中落回地球，在太空中打开降落伞是没有意义的。首先，太空几乎是真空的，降落伞打不开，根本起不到减速作用。其次，飞船以极高的速度返回进入大气层，与空气的相互作用将会产生巨大的热量，降落伞会被烧毁。

飞船以极高的速度再入大气层，将需要面对高温挑战。当飞船在大气层中高速飞行时，飞船前端会强烈压缩空气形成激波，由此产生巨大的热量。为了应对上千度的高温，飞船外层包裹着隔热材料，或者能够剥离带走热量的烧蚀材料。

高温还会让飞船周围的空气发生电离，形成等离子体。这会阻断飞船与地面控制中心的通信，飞船进入“黑障区”，这是返回时最为危险的阶段。

2003年，美国宇航局（NASA）的哥伦比亚号航天飞机在再入大气层期间，由于过热而导致解体，这个隐患是在发射时埋下的。在哥伦比亚号发射升空时，一块公文包大小的泡沫从外挂燃料箱上脱落，撞上航天飞机的左侧机翼，砸出了一个25厘米宽的破洞。当航天飞机再入大气层时，巨大的热量涌入破洞，最终引发解体。

那么，为什么航天飞机在飞上太空时没有解体？或者说为什么飞船在升空时不会产生高温？

飞船在升空时，由于巨大的重力和空气阻力，加速十分困难，飞船的速度并没有被加速到很快的速度。在冲出浓厚的大气层时，飞船的速度也只有大约1公里/秒，这样的速度不会产生巨大的热量。因此，升空时的气动热效应不会产生什么威胁。

穿过黑障区之后，飞船的速度已经大幅度降低。随着高度的下降，空气密度也变得越来越高。待到合适的速度，飞船的降落伞才会打开，这样才能给飞船起到减速作用。一些飞船在着陆之前还会启动反推火箭，使飞船最终能够安全着陆。

Answer 2

宇宙飞船返回时，为什么要冒着烧毁的风险加速穿过大气层？

大气层是有密度的，而且相当高。加速通过是为了能够穿过大气层，否则速度小的话，会被大气层弹走，从而无法进入大气层。快速通过大区层时，会产生上千度的高温，所以飞船有被烧毁的风险。当然详细情况不止于此，接下来就和笔者一起了解。

01，宇宙飞船不能垂直返回，力量相加很危险

很多人应该都知道，宇宙飞船返回的时候，都会选择与大气层有一定的切角返回，而不是垂直于地面返回。虽然距离是最短的，但也是最危险的。地心引力，飞船推力加持，快速穿过大气层时速度会过快，所以会产生更高的高温，而飞船自身损毁的可能性会很大，所以直接回来的行为不可取，而与大气层有一定的夹角，进入大气层后温度不至于过高，此举也是无奈之举，若不是飞船无法承受过高的温度，直接回来岂不是很好。就算飞船能够耐高温，快速穿过大气层之后，飞船减速的时间也会急剧缩短，设个时候想要从进入大气层的速度减慢下来，可不是一件轻松的事。

02，即使有危险，也要加速返回

大区层是有很大的密度，飞船垂直返回的能力现在还无法完成。所以只能采取切角方向返回，但是大气层不是想进就进的，若是初始速度不够，强行进入的话，只有被弹开。所以一定要加速进入，这样才能进入的大气层内，而且大气层的密度和太空完全不同，所以只能依靠加速来实现不同空间的跨越。

03，虽然穿过大气层有烧毁的风险，但应对的措施也会有

目前宇宙飞船为了耐高温，已经具备了耐热非常不错的装备，既然飞船不能耐热，那就让材料耐热。宇宙飞船表面有吸收热并且自行剥离的材料包。这便是为返回大气层设计的，当飞船快速穿过大气层时，会产生很高的温度，这个时候吸热自动剥离装置就很有用，一旦吸收到了一定的温度之后，就会自己从飞船上剥离掉，从而将吸收到的温度带走，不对飞船造成伤害。

宇宙飞船返回是需要加速穿过大气层，主要的原因是穿过大气层虽然会产生高温，但是不加速就不能进入大气层，只会被弹开。而现在垂直穿过大气层的能力还不具备，所以只能通过加速来穿过大气层。虽然会产生很大的高温，但是科学家们也有应多的办法，飞船表面有吸收热量并且自动剥离的材料包，从而保证飞船的温度安全。笔者认为，科学一直在前进，我们以后肯定会有垂直返回的时候，飞船不会再惧怕高温，不再惧怕减速的风险。

Answer 3

因为如果他不加速穿过大气层，他可能回不来回不到地球，所以他就算冒着很大的风险，也要快速通过大气层才行。

宇宙飞船在太空中，它是以很快的速度去围绕着地球旋转的，比如说，载人飞船一般在距离地表400公里的轨道上，环绕地球运动，那他的速度很快，想要把这么快的速度降为0，它不是一件简单的事情。当那个飞船要返回地球的时候，制动的火箭将会启动，对飞船进行减速，降低飞行高度。从而呢，他才能脱离原先的轨道，进入与地球表面相交的轨道，这样他才能踏上回地球的旅途。

但是，我们知道，虽然他并不是竖直的落向地球了，因为这样的话，地球引力它有作用，飞船本身它也有很高的速度，这样的话飞船将会以很快的速度冲进地球大气层而速度很快的话，就会造成很大的摩擦，巨大的热量会烧毁飞船，从而导致机毁人亡。而且呢，飞船，它在进入地球的时候，角度一定要选得合适，不然飞船在飞向地球大气层的时候，因为地球大气层是很浓密的，他就会被反弹回太空中，从而无法正常地返回地球。 

上面说了，飞船的速度是很快的，它在太空中并不是一个静止的状态，那么你在太空中打开降落伞，它是没有意义的，因为根本不会起任何作用，而且在很快的速度当中，它与空气作用会产生巨大的热量，这个降落伞就会被烧毁。甚至可能因为打开了降落伞对他的速度和其他的摩擦造成其他的影响，从而导致更加不行。飞船在太空中执行任务是一件很危险的事情，他在返回地球的时候也很危险，为了避免其他的意外，所以他一定要加速冲过大气层。

Answer 4

当飞船返回地球时，到大气层时会与大气发生摩擦，返回舱发热而燃烧，就像一个火球一样，如果不加速通过大气层，返回舱就会有被融化的危险，危及到宇航员的安全。

Answer 5

因为不冒风险的话，里面的人类就返回不了地球，最终可能就会死在外太空。