最近我在邮箱中收到了这样一个问题。回答这个问题之前,我想指出,将物体从国际空间站放回地球是一项并不简单的任务,尽管最初给人的印象是如此。国际空间站在轨道上的平均速度为7.66千米/秒,轨道高度为408千米。
由于这样的速度,空间站处于持续自由落体状态,它不断向地球方向移动,但由于其较大的水平速度,它一直“错过”地球的背后。
从国际空间站扔下的任何物体将具有与空间站本身相同的初始速度,加上在投掷时赋予它的速度。如果纸飞机被扔向与国际空间站的轨道运动方向相反的方向,它的速度会略微减小。
速度的减小将导致物体进入更低的轨道。为了让纸飞机掉落到地球上,需要将其速度降低80-90米/秒,然后它将显著降低轨道并开始与大气层的上层进行相互作用,这将导致逐渐减速,最终在几个月后坠落。
如果要让从国际空间站发射的纸飞机在几天内掉落到地球上,就需要将其速度降低到约7.5千米/秒,即减速约160米/秒。因此,它的轨道将穿越更密集的大气层,并迅速接近地球表面。
在下降到稠密大气层时,纸飞机会因与稀薄空气颗粒的摩擦而失去一些速度,但它仍将保持相当高的速度。纸飞机能够降低速度的具体值取决于多种因素,但无论如何,它的速度将以每秒千米的速度测量。在这样的速度下,对大气层的摩擦非常强烈,纸飞机在进入稠密层时将烧毁。
但是,如果使用更坚固的材料来制作飞机,例如塑料、铁或陶瓷,会发生什么呢?实际上,任何可燃烧的物体在穿越大气层时都会自燃,而不易燃烧的物体会受热并熔化,散发出物质颗粒。这意味着塑料纸飞机也会燃烧,而铁制的则会熔化并在大气中变成微小颗粒。
因此,太空船通常使用不燃和耐高温材料进行覆盖,通常是特殊的陶瓷复合材料。这些材料具有较低的熔点和极高的熔化热。
有趣的是,日本宇航局计划进行一个实验,其中大约100个由特殊耐高温陶瓷制成的纸飞机将从国际空间站发射,以展示通过滑翔进行轨道返回的可行性。然而,由于财政困难,该项目未能实施。
因此,为了成功通过大气层并抵达地球,纸飞机必须由特殊陶瓷制成。然而,由于高速和相对较大的质量,它无法平稳滑翔,很可能在与地球表面碰撞时摔毁。
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