為什麼飛船返回要抵禦高溫（載人飛船被熊熊烈火包圍）

2023-04-16 01:50:06 1

每當載人航天的返回艙平安降落，人們懸著的心才真正放下，這意味著太空人們順利安全返航。

這個時候返回艙已經是「面目全非」，表面燒得跟炭一樣黑。

原來在返回途中，返回艙與大氣層發生劇烈的摩擦，被熊熊烈火包圍，可以說這個時候的太空人是呆在一團火球之中。

返回艙進入地球大球之後

過程中飛船表面的溫度能夠超過2000攝氏度，所以我們看到的那些黑乎乎的東西，其實是它表面的金屬燃燒之後再冷卻。

那麼我們的太空人是如何承受住如此高的溫度，返回艙內部的儀器如何保證在高溫下正常運行？

表面被燒成黑炭的返回艙

返回艙想要從太空平安降溫在地面上，需要經歷九死一生。首先根據卡門線的規定，距離地面100千米以上的區域被稱為外太空。

返回艙需要找好角度，從外太空進入到地球的範圍——大氣層。

在距離地面35到80千米的地區被稱作「黑障區」，在這期間飛船將與指揮臺失去聯繫，過程會持續大約4分鐘。

總部根本不知道在這期間會發生什麼事情，一旦出現問題就沒有任何挽救的機會。

黑障區示意圖

之所以會出現黑障區，原因在於返回艙落入大氣層的速度非常快，在大約每秒4到5公裡。

如此快的速度之下，大氣中的空氣分子與返回艙的表面發生劇烈的摩擦，致使返回艙表面的溫度達到2000攝氏度以上。

這麼高的溫度之下，大氣層的氣體分子發生了電離，產生了很多正負離子，包裹在返回艙的外部。

航天通訊採用的是電磁波，包裹的正負離子剛好能影響電磁波的傳遞，從而導致總部接收不到返回艙的任何訊號。

落入黑障區

穿越黑障區之後，返回艙的速度開始變慢，這個時候才開始著手打開降落傘。

一般來說返回艙的降落傘有三個，我們在電視上看見最大的那一個降落傘，反而是最後才打開的。

返回艙的第一個降落傘其實是一個引線，用來引出之後的兩個降落傘。

第二個降落傘是控制方向，因為返回艙不一定是正著落入地球大氣，它很有可能在這個過程中發生了翻轉，沒有底面朝下，第二個降落傘就是擺正返回艙的位置。

最後就要請出第三枚降落傘，也就是最大的那一個，被叫做主降落傘。

它的直徑達到了10公裡以上，甚至在它面前返回艙小得像一個玩具。

最後一個降落傘一路陪伴返回艙直到它穩穩降落在地面上，返回艙觸碰到地面的一瞬間必須立刻切斷與主降落傘的連接。

因為他實在太大了，只要有風吹動它，就會拉著返回艙在地面上滾動，會讓艙內的太空人感受到翻滾。

返回艙落地之後立馬切斷降落傘

原本太空人從太空回到地球就需要一個適應過程，讓他們這樣翻滾，反而對身體非常不好，很有可能會傷害到裡面的太空人。

因此為了安全，主降落傘在行使完它的責任之後就會被拋棄掉。

返回艙穩穩落地之後，靜候在一旁的救援隊上前。首先要排查返回艙內外的氣壓情況，不可貿然開倉。

其次還要核對好裡面太空人的身體情況，在確認一切沒有問題後，才能打開艙門將太空人抬出來。

這個時候才能宣布任務順利而圓滿地完成。

救援人員正在核對太空人的健康

艙內的一切完好無損，這是因為返回艙外殼分為了好幾層。

最外面的一層其實是易燃燒易揮發的材料，他們在燃燒的時候反而會帶走大量的熱。

內層採用的是耐高溫材料，2000多度的不會使之融化，所以艙內的太空人是感受不到外界高溫的。

太空人在返回的過程中依舊穿有太空衣，就算不幸返回艙出現的故障，導致外部的溫度傳到了艙內，太空衣也可以起到一定的保護，隔絕高溫對太空人的傷害。

檢查返回艙

太空人在返回艙內為何還要穿著太空衣，這是人類歷史上用三名太空人的性命換來的教訓。

1971年前蘇聯的聯盟11號在返回過程中出現閥門被震開的事件，導致他們在外太空上發生了意外。

由於當時設計的飛船極其不合理，艙內空間狹窄，因此太空人們為了能夠容得下被迫沒有穿太空衣。

事故發生時，三名太空人被暴露在了太空環境中，他們被自己體內的空氣脹破，體液出現了沸騰，最終在痛苦中死亡。

也正是這次教訓，讓各國的太空人在返回的過程中，無論返回艙是否完好都必須穿著太空衣。

返回艙內部

關於返回艙進入大氣層之後熊熊燃燒，有人提出了這樣的問題，火箭在發射的時候同樣要穿越大氣層，為何進入太空的宇宙飛船並沒有被燒成黑炭？

首先火箭發射時穿越大氣層的速度沒有返回過程中落入大氣層的速度快。

從火箭發射到穿過卡門線，這段路程之中，火箭的速度是由低到高的。

因此大氣層與之的摩擦並沒有返回時那麼劇烈。

其次火箭發射的時候飛船被外殼包裹起來，外殼一邊燃燒一邊脫落，起到了保護宇宙飛船的作用。

火箭發射

而返回艙在回來的過程中什麼都沒有，它完全要靠自己承受表面摩擦產生的熱。

火箭發射的時候，很多部件其實也被燒成了黑炭，只不過它們要麼在空中被燃燒殆盡，要麼掉落在了地球看不到的地方，比如大海裡。

要知道圍繞地球運行的飛船速度，最小要達到第一宇宙速度，也就是每秒7.9千米。

返回艙為了節省燃料在進入地球範圍之後，採取的是自由落體的方式，這就導致它的速度遠超過火箭發射的時候。

火箭發射的脫落物

為此有人提出建議，為什麼每一次返回艙都要經歷如此危險的燃燒呢？

歷史上因為返回過程中出現了意外，導致哥倫比亞號太空梭解體，前蘇聯聯盟1號因降落傘事故導致太空人喪生。

這些事故說明穿越大氣層是一件非常危險的事情，那麼人類是否可以避免返回過程中的這些九死一生。

哥倫比亞號太空梭解體

有人提到了，既然摩擦生熱是因為返回艙在大氣層中自由落體運動導致的，那麼能否在飛船進入地球範圍的一剎那，將速度減小，從而減緩表摩擦生熱呢？

這個想法其實可以，但是沒必要。首先想要在飛船進入地球範圍的時候減速，就勢必要給返回艙一個反向加速，那就需要額外的燃料進行燃燒。

而返回艙基本上不會攜帶太多燃料，如果真需要這樣，那麼返回艙就會設計得比現在還要大，攜帶足夠的燃料以保證反向加速。

返回艙一般不攜帶燃料

整個火箭的設計將會被改變不說，攜帶的總燃料會因此變多，這對於攜帶重量得精打細算的飛船來說，是一個不小的挑戰。

其次這樣設計之後勢必會增加每一次飛行的成本，反向加速如果掌握不好的話還容易發生返回艙在大氣中翻滾，這樣反而把事情搞得更複雜化了。

最後的結果就是錢也花了，可能還不會達到自己預期的效果。

目前這樣的返回方式成本最低

最後就是，縱觀人類歷史上的幾次返回事故，無一例外都是飛行器的表面受到了傷害，導致在返回過程中高溫讓傷害擴大化。

也就是說決定返回艙安全的，不是它的降落速度，而是它的表面質量。

與其花費大心思去琢磨如何讓返回艙反向制動，不如將返回艙的表面設計得更加堅固，這樣才能更加保證太空人的安全。

展會上的返回艙

願每一位航天員都能平安回到地球。