【本文仅在今日头条发布,请勿转载】在5月11日,天舟十号货运飞船伴随着轰鸣声腾空而起,划破晨空,成功进入轨道。回溯几天前,天舟九号货运飞船在5月6日完成了从中国空间站的顺利撤离,紧接着在5月7日按照计划受控再入大气层。当飞船穿越层层空气抵达地面时,它被高温炽烈燃烧,最终化作灰烬。或许有些好奇的网友会问:为什么飞船在发射升空时能够安然无恙,而返回地球时却会被烧毁呢?
第一个原因,就在于速度的差异。众所周知,从地面发射的火箭和飞船组合体,会随着推进器的点火不断加速,飞行高度和速度同步攀升。在地球上,空气密度随着高度而变化——地面空气稠密,高空则稀薄。在发射的初始阶段,虽然空气最厚重,但火箭刚刚起步,速度并不快;随着飞行逐渐升高,空气变得稀薄,而飞船的速度则越来越快。 在这种条件下,无论是火箭刚起飞的阶段,还是爬升到高空之后,飞船所承受的气动加热都不够强烈,外部温度并不会达到危险程度。然而,在飞船返回地球时,情况截然不同。飞船在太空高速航行,速度接近每秒7.9公里,当它以如此惊人的速度闯入大气层时,气动加热骤然增强,表面温度瞬间飙升到上千摄氏度。 第二个原因则是飞行姿态的不同。在发射升空时,火箭几乎垂直向上,细长的机身和尖锐的顶端使气流能够顺畅流过,摩擦力相对较小,空气也不会被强行压缩。然而,在返回地球时,飞船或卫星的前端通常是钝头设计,迎着厚重的大气直接撞入,前方的空气被剧烈压缩和加热,导致温度迅速升高。 由于再入大气层时速度极快,接近地球第一宇宙速度,气动加热效应尤为猛烈,外表温度轻松超过1000℃。综合来看,飞船在穿越大气层时是否会剧烈燃烧,与飞行速度、空气密度以及飞行姿态密切相关:速度不足、空气密度不够高时,就不会出现剧烈燃烧的现象,这也正解释了发射升空阶段的安全性。 实际上,剧烈燃烧不仅仅发生在返回地球的过程中。任何登陆有大气层的星球,飞行器都可能遭遇类似情况。比如我们的天问一号探测器,或美国毅力号火星车,在登陆火星时都经历了剧烈燃烧的考验。而登陆没有大气层的星球,比如月球,则完全不会出现这种现象。 那么,为什么货运飞船会被直接烧毁,而载人飞船的返回舱却能安全着陆呢?关键在于航天器自身的设计理念。像天舟货运飞船或一般卫星,它们的任务完成后无需回收,因此设计上允许它们在再入大气层时被烧毁,直接化为灰烬。这不仅能减少太空垃圾,避免与其他航天器相撞,还能防止失控坠落造成地面破坏。 废弃航天器在大气层中燃烧殆尽,也省去了后续处理的麻烦。相比之下,载人飞船的返回舱必须保证航天员安全,因此不能像货运飞船那样自毁。返回舱需要具备极高的耐热能力,外部涂覆烧蚀材料和隔热层,并在底部安装隔热大底,以应对超过1000℃的高温。 当返回舱进入大气层,外层烧蚀材料会逐渐升华、脱落,带走大量热量,而隔热大底也承受着巨大的温度压力,从而确保舱内温度保持在安全范围内,让航天员在舱内依旧感觉舒适。此外,返回舱内的航天员还会穿上航天服,提供恒温恒压的环境,进一步保障安全。若要让天舟货运飞船像神舟载人飞船那样回收,必须加装烧蚀材料、隔热大底以及降落伞,这些措施不仅占用大量空间,还会严重削弱载货能力。对于货运飞船而言,为了最大化运输物资,选择不回收实际上是一种权衡得失后的最优方案。