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天舟三号飞船发射升空!为何飞船返回时会燃烧,而发射时却不会?

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猩猩科学频道 2021-09-20 15:57

今年以来,我们国家在航天领域取得的成果大家有目共睹,我们的发展速度实在是太快了。如天问一号探测器成功完成环绕火星、着陆火星、巡视火星三大步,祝融号火星车超预期运行;空间站核心舱也已经发射升空,首批进入空间站的宇航员在空间站生活、工作了3个月后,现在已经乘坐神舟十二号飞船返回地球。在神舟十二号任务期间,宇航员先后完成了2次出舱活动,还完成了很多科学研究。在神舟十二号飞船返回后没多久,另一艘飞船又发射升空了。

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天舟三号飞船发射成功!

自空间站天和号核心舱发射升空,我们的空间站建造也就拉开了序幕,此前我们已经先后发射了天舟二号飞船、神舟十二号飞船,目前神舟十二号飞船已经返回,接下来我们还将发射神舟十三号载人飞船,在下一次太空飞行任务中,我们的宇航员将在空间站内生活、工作6个月。兵马未动,粮草先行,在神舟十三号载人飞船发射之前,我们需要给空间站送去各种物资补给,如食物、水等,完成这一次补给任务就由天舟三号货运飞船完成。

在2021年9月20日,搭载天舟三号货运飞船的长征七号遥四运载火箭在文昌航天发射场发射升空,顺利将天舟三号货运飞船送上地球轨道。这一次补给任务中,天舟三号货运飞船一共搭载了近6吨补给物资,将与空间站核心舱完成自主交会对接,随后等待神舟十三号载人飞船的到来。

为何飞船返回时会燃烧,而发射时却不会?

相信很多朋友都观看了神舟十二号载人飞船返回地球过程中的画面,也看到了天舟三号货运飞船发射时的视频。从视频中,我们会发现,虽然都是穿越地球大气层,在发射升空时飞船并不会出现燃烧现象,但是在返回地球时飞船有一段时间却变成一个燃烧起来的熊熊火球。这是怎么回事?

在地面空气密度非常大,随着高度不断上升,空气密度就会逐渐下降,在太空中空气密度非常低,可以认为接近真空状态。在发射时,火箭、飞船从地面起飞,在前期阶段,由于空气阻力非常大,所以火箭的加速不会很快。即使地面空气密度比较大,但是由于速度比较慢,所以前期的气动加热效应不足以让火箭、飞船燃烧起来。

随着火箭不断燃烧燃料,飞行速度越来越快,高度也越来越高,但也不足以出现燃烧的现象。这是因为在跨过100公里高的卡门线时,火箭、飞船的速度可能还达不到3公里每秒,而且,在这个空间空气密度已经非常低,所以不足以让火箭、飞船燃烧起来。而飞船在返回时的情况就完全不同了。

在返回地球时,飞船的速度非常快,接近第一宇宙速度(即7.9公里每秒),从月球或者更远的宇宙深处返回的飞船速度更快,如嫦娥五号在完成月球取样后返回地球时速度接近第二宇宙速度(即11.2公里每秒)。当飞船以极快的速度进入大气层时,由于在高空中的空气密度非常低,所以空气阻力不明显,在进入大气层后的一段时间内,飞船的速度不会下降得非常明显。

随着飞船不断下降,空气密度越来越大,这时候速度极快的飞船巨大的动能迅速转化为热能,飞船周围的空气温度急剧上升,达到2000℃左右,这时候飞船看起来就像是一个燃烧的火球。由于空气密度越来越大,阻力越来越大,飞船的速度也会不断下降,当下降到一定的高度时,气动加热效应已经不足以让飞船周围维持燃烧状态,这时候就不再燃烧了。随后,飞船会打开降落伞进一步减速,让飞船稳稳地停在着陆点。

我们在夜空中看到的流星形成的原理其实和飞船返回地球是相似的,环绕地球飞行的陨石、流星体速度极快,在进入大气层后剧烈燃烧变成绚丽多彩的流星。在2019年俄罗斯的进步MS-11货运飞船在完成任务后与国际空间站分离再入大气层,在国际空间站内的宇航员目睹了这艘货运飞船在大气层中剧烈燃烧的场景,大约持续了几分钟。美国宇航员尼克⋅黑格将这一幕描述为“有些像大型烟火表演”。

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