同样是飞船穿越大气层，为什么只有返回时才发生燃烧？

飞船，是人类智慧的结晶，是探索宇宙的工具，是承载梦想的桥樑。自二十世纪70年代，我们成功实现登月载人飞行之后，飞船就成为人类触摸宇宙的「第一手资料」，50年间仅中国就发射了12艘载人飞船，并在飞行过程中将宇航员们完好无损的带回家。

但是在探索宇宙的过程中，飞行意外时有发生，其中较常见的是返回时的坠毁。2003年美国「哥伦比亚」号太空梭，就在返回地球时，在空中爆炸解体了。 此外还有许多的卫星和火箭的残骸在返回大气层时，也发生了燃烧解体事件。为什麽这些飞船、火箭在发射穿越大气层时没有燃烧，却在返回时燃烧爆炸了呢？二者都有摩擦力，为什麽独独在返程时燃烧，这是什麽原理呢？

飞船出发时为何没有燃烧目前世界各国的载人飞船都是有火箭运载发射，比如我们的神舟12号载人飞船就是通过长征2号F遥十二运载火箭。因此我们讲飞船出发就是讲的火箭出发。那麽要搞懂这个问题，就要知道火箭发射的原理。

火箭起源于中国宋代，早期是放烟花的娱乐工具，到明代成为武器，到清朝被摒弃。现代火箭来源于， 苏联数学老师康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，他在著作中详细描述了用火箭探索宇宙的可能性，并提出可以 用液氧和液氢作为火箭的推进剂，还研究出了齐奥尔科夫斯基火箭推进公式，是火箭研究事业的领航人。

二战时期是火箭事业的野蛮生长期，这一阶段火箭的设计得到了完善，并为宇宙探索打下基础。冷战时期的太空竞赛，是火箭的大发展阶段，这一时期火箭开始承担航太运输任务。

火箭，简单说就是一种推进器，利用燃烧推进剂产生的巨大推力升空。因为地球上存在万有引力，不论扔什麽东西上去，都会在引力的作用下垂直下落。而要摆脱引力飞出地球，就需要足够大的速度。火箭想要摆脱引力升空，它的速度必须要超过第一宇宙速度（7.9km/s），因此就要求火箭的燃料能产生足够强大的推动力。

当火箭点燃发射升空之后，因为有引力的束缚因此速度较慢，因此即使与空气发生摩擦也不会发生燃烧。之后速度慢慢加快，但是因为火箭是垂直发射，穿过大气层的时间较快并且大气的温度较低，所以即使速度快，也能在燃烧之前就冲出大气层进入宇宙，而 宇宙是真空环境，故而不存在摩擦反应，就不会燃烧。同时，火箭还有整流罩的保护，整流罩就是火箭头部的钢铁外衣，耐高温性极强。因此火箭在起飞穿越大气层时，才没有发生燃烧爆炸事件。那麽为什麽返回时火箭又发生了燃烧呢？

返回时燃烧的原因与出发时相比，回来的飞船是「轻装上阵」，虽然没有那麽重了，但是「上山容易，下山难」，飞船的返回过程可比发射複杂得多。 首先它们要以宇宙第一速度的速度进入大气层，之后利用缓衝火箭和面积大约在一千多的巨大降落伞减速，最后飞船的返回舱以大约3.5米/秒的速度著陆。

但是在刚刚进入大气层的时候，返回舱的速度非常快大约能达到11公里/秒， 因此其外壳会与大气层发生激烈的摩擦，产生大量的热量，这个过程叫做「气动加热」。在离地面80到40公里的稠密大气层时，气动加热过程达到最高点，返回仓表面温度达到1000到3000度，整个返回舱看起来就像一颗著火的流星。因此超高的速度是燃烧的原因之一。

没有整流罩的保护。在飞船随火箭飞出大气层时，即使最后的速度比较快也因为有整流罩的保护而顺利通过。但是当火箭飞出大气层后，这件钢铁保护服就完成使命，分成两半脱离飞船了。因此在回城时，失去整流罩的返回舱只能依靠自身外层的防火涂层来防火，而卫星之类的天体返回时却什麽保护都没有，因此在进入大气层后，发生剧烈的摩擦，导致变成「火流星」。

飞行路径。因为返回舱进入大气层的速度在引力的作用下一直在增加，如果不减速的话返回舱就会像一颗陨石一样撞向地球。因此为了减速返回舱的路径就要发生变化，以一个弧形或者阶梯型的路径飞行，这样在大气层中逗留的时间更长，可以利用大气层的摩擦力减缓飞船的速度。 但是在大气层中逗留的时间更长摩擦更强烈，就更容易发生燃烧事件。反之，火箭发射时，为了快速飞出大气层，使用的是垂直发射，速度即低又与大气接触时间短，因此没有燃烧的隐患。

环境不同。 发射时因为地球的引力束缚，飞船的速度只能一点点地加快，因为穿过大气层的速度差不多在第一宇宙速度附近。而返回时初始速度较好，然后在宇宙中真空环境下速度一直增加，进入大气层后压缩空气并与之发生剧烈摩擦。因此出现燃烧。

以上就是， 飞船为什麽会在返回时发生燃烧坠毁事件的原因。但是现实中这样的意外事故是极为罕见的，因为我们的返回舱都是利用隔热材料制作。因此，返回舱足够安全，不必担忧宇航员的安危。那麽这些「避火衣」是如何防火的呢？

飞船的「避火衣」

由于返回舱裡搭乘著宇航员，为了保证他们的生命安全， 所以航太设计师们为它精心设计了一件「避火衣」，由暂态高分子耐高温材料制成的低导热複合材料。当飞船经过大气层时，这件神奇的避火衣遇见高温就会主动燃烧，利用有机物的燃烧带走大量热量，同时还形成一层碳化薄膜紧紧粘在返回舱表面，具有良好的隔热性能，防止高温侵入舱内。

此外， 还可以利用导热性能好、熔点高、热容量大的钛合金等複合金属材料制作「避火衣」。这些材料吸热性好，能够在大气层的气动加热过程中吸收大量的热量，将其储存在外层中，保护舱体不受高温腐蚀。另外，还可以给舱体涂抹隔热涂料防止燃烧。

不过因为这些「避火服」的制造，需要强大的材料科学应用能力，因此许多国家即使有财力发射飞船也没有实力成功返回，这也是为什麽如今的世界上只要中国、美国、俄罗斯三国有发射航太载人飞船的原因。

强大的科研能力是中国在星际科考中占上风的坚实后盾，而支撑科研实力的是强大的国力，国家的富强，才有我们在航太领域的辉煌。

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