当宇宙飞船返回地球时,为什么要不惜燃料代价,高速穿过大气层?

2022年11月09日15:36:13 科学 1158

综述

宇宙飞船为何要高速飞行穿过大气层返回地球?

一直以来,人类对于宇宙的探索从未停止过脚步。茫茫宇宙,浩瀚星空,神秘的宇宙似乎天生对人类就有一种特殊的吸引力。古时,人类便试图以占星术解开宇宙的奥秘,如今,随着科技的高速发展,人类研制出了宇宙飞船,可以真正踏出地球,来到宇宙去探寻秘密。

而关于宇宙飞船,你真的了解它吗?

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1961年4月21日,当苏联将“东方1号”成功从地球发射前往外太空时,飞船时代便正式开启。而后,便有更多的飞船也陆续飞往太空去探索宇宙奥秘。

宇宙飞船承载了探索外空的重任,但当它圆满完成任务回到地球时,却总是做出一种奇怪的举动,飞船在飞越大气层时要提高速度,以致使机体燃烧,这是为什么呢?

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为什么飞船进入太空时不会燃烧?

同样是加速度,为什么飞船在进入太空时就不会引发燃烧,而返回地球时却会燃烧呢?想要揭开这个秘密,我们就得先了解宇宙飞船进入太空以及在太空中运行的原理。

受到地球强大的引力作用,宇宙飞船想要离开地球使极其困难的。想要逃脱地心引力的束缚,就必须达到第一宇宙速度也就是7.9km/s。

而想要达到这样的速度,光靠宇宙飞船本身是远远无法达到的。为了解决这个问题,人们一般会以火箭作为助力工具来帮助飞船升空。

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而同样是加快速度进入太空,为什么宇宙飞船离开地球时机体不会燃烧,而返回地球却会呢?其中原因有三。

第一,受到地球引力作用影响,宇宙飞船在一开始升空时,其速度其实是没有人们想象中那么快的。地心引力的强力拖拽,使宇宙飞船进入太空的速度也只是刚够摆脱地心引力的,其速度也只是比一般的战斗机快了那么一点点,所以与大气摩擦也并不是那么强烈。

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第二,一般火箭的外壳上都有耐高温“钛”物质,可以极大程度保护火箭外壳,以免在高温条件下造成火箭外壳的损坏。且火箭头部都配备有整流罩,可以有效的隔绝热量,从而保护火箭不受高温损害。

第三,火箭一般都是以垂直形态升空的,所以也能在一定程度上加速穿过大气层,与大气层的接触时间并不多。

有了以上三点,宇宙飞船在进入太空时就不会轻易发生火灾,也不会轻易产生燃烧现象。

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返回地球的神秘黑障区是什么?

俗话说:“上山容易下山难。”这句话用在宇宙飞船身上也同样适用。当宇宙飞船圆满完成任务想要返回地球时,其所面临的外在条件与升空时是大大不同的。其中,想要成功返回地球,就要经历一个最为重要也是最为危险的阶段——黑障区。

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黑障区是什么呢?

其实,当宇宙飞船返回大气层时,飞船周边产生激波,这会让飞船的周边气体分子温度变得非常高,且这样的高温不易消散,就会形成一个温度高达几千摄氏度的高温区。

也正是因为温度的升高,使飞船舱体附近的气体分子会通过分解电离形成一个等离子层,这样的等离子层就如同一个罩子一般,吸收电磁波,将飞船舱体变成一个完全的封闭体,让飞船与地面完全失去联系,这便被人们称作“黑障区”。

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黑障区对于许多宇航员来说,都是极为恐怖的一段时间,这段时间内会与地面完全丧失联系,只能靠宇航员的自我操作,一不小心,就会命丧宇宙。

如我国的“出差三人组”翟志刚叶光富王亚平在今年返航时,就遭遇了“黑障六分钟”。

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宇宙飞船如何安全返航?

宇宙飞船在太空中运行的速度是7.7公里/秒,所以想要在短时间内将如此高的速度降低,是非常困难的。宇宙飞船返回地球时一般制动火箭会启动,对飞船进行减速,使飞船脱离原先的运行轨道,进入与地球相交的轨道。

当飞船进入轨道后,还需要调整机身位子,以合适的角度跳跃进大气层,穿过可怕的黑障区,充分减速后达到第二宇宙速度11.2公里/秒返回地球。

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而飞船在这些过程中,也会因为高温作用,使得外壳剧烈摩擦燃烧起来。之所以这么做,还是因为目前以这种方式是最便宜且后续伤害最小的方法。

有人曾提出以反向加速度以及提高降落伞的材质来应对燃烧的损失,但是通过实验证明,反向加速度需要额外燃烧更多的能量,而提高降落伞质量则需要研发出一种能够耐高温的的降落伞材质。

目前这些方法都还无法实现,人类至今也很难突破“黑障区”的困难,因为上层气体是不受控的。

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飞船之旅还在继续

尽管前方有如此多的困难,但人类依旧没有放弃对于宇宙探索的脚步,航天业本身也就是一份既伟大又危险的行业。当我们陶醉于星空绚烂时,也有许多危险元素潜伏在黑暗之中,这些危险都需要人类不断去探索才能克服。

从人类的航天梦想诞生的那一刻起,就注定要为这片星空付出许多牺牲。

如今的宇宙飞船也在科技的不断发展下逐步提升性能,以保障宇航员的安全。相信在不久的未来,人类能够通过宇宙飞船去往宇宙更深处,飞船之旅还在继续。

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