在5月11日,天舟十号货运飞船成功发射升空,而在天舟十号货运飞船发射升空之前,天舟九号货运飞船在5月6日从中国空间站撤离,随后在5月7日受控再入大气层,进入大气层后,天舟货运飞船直接就化为灰烬了。
可能有一些网友好奇,为什么飞船在发射升空的时候不会出现剧烈燃烧被烧毁的情况,返回地球的过程中却会被烧毁呢?
第一个原因,就是速度的差别。
众所周知,火箭、飞船组合体从地面发射升空时,速度是不断加速的,整个过程中,火箭、飞船组合体的速度会越来越快,飞行高度也会越来越高。
众所周知,地球的空气密度和高度有关系,高度越低,空气密度就越大,反之,高度越高,空气密度就越小。
在地面发射升空的初始阶段,这时候空气密度是最大的,不过由于这时候火箭、飞船组合体才启动发射程序,飞行速度不快。而当火箭、飞船组合体飞得越来越高后,速度会越来越快,不过这时候空气密度就越来越小了。
在这样的情况下,不管是发射升空初始阶段,还是爬升到一定的高度后,火箭、飞船组合体的气动加热效应都不是很强烈,外部温度不会很高。
在返回地球的过程中,飞船在太空飞行时速度会非常快,接近7.9公里每秒,当飞船以这么快的速度直接闯入大气层时,气动加热效应会非常强烈,外部温度会飙升1000多℃。
第二个原因就是飞行姿态的差异。
在发射升空时,火箭、飞船组合体是垂直爬升的,而火箭自身的外形是细长的,在火箭的顶端是尖尖的,所以气流可以很顺滑地流过,和空气的摩擦比较弱,压缩前方的空气也没那么强。
在返回地球时,飞船、卫星的前方并不像火箭那样尖尖的,而是用钝头大底正面直接闯进大气,把前方的空气强行压缩。由于前方的空气被急剧压缩加热,温度就会急剧上升了。
由于再入大气层时,卫星、飞船的速度实在是太快了,接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒,所以气动加热效应很强烈,温度会超过1000℃。
从飞船发射升空以及返回地球的情况来看,穿过大气层时会不会剧烈燃烧,和它的飞行速度、空气密度、飞行姿态等各方面都有关系的。
如果飞行速度不够快的情况下(比如说发射升空阶段),就不会出现剧烈燃烧的现象。如果空气密度不够大的情况下(发射升空入轨时),也不会出现剧烈燃烧的现象。
实际上,也不只有重返地球的过程中才会出现剧烈燃烧的现象,在登陆那些有大气层的星球时也会出现剧烈燃烧的情况。
例如之前我们的天问一号探测器、美国的毅力号火星车在登陆火星的过程中,也出现类似的剧烈燃烧的情况。
而在登陆没有大气层的星球时就不存在这样的情况了,比如说登陆月球这些没有大气层的星球时就不存在剧烈燃烧现象。
货运飞船为什么会被直接烧毁
可能有一些网友好奇,既然飞船、卫星、探测器从太空返回地球时,进入大气层后会经受超过1000℃高温的灼烧,那为什么货运飞船、卫星都是直接在大气层中剧烈燃烧化为灰烬,而载人飞船返回舱却可以安全着陆呢?这其实和飞船、卫星这些航天器的自身设计有关系。
像一般的卫星、天舟货运飞船它们本身就不考虑回收的,只是让它们在结束任务的时候,受控坠落地球,进入大气层后剧烈燃烧起来,直接化为灰烬。这样的话,不仅可以减少太空垃圾的数量,避免和其他航天器发生碰撞,还能避免这些航天器失控坠落地球掉到人口密集区,造成破坏。
这些废弃的航天器直接在大气层中剧烈燃烧化为灰烬以后,也省去了后期处理这些废弃航天器的工作。
而载人飞船返回舱需要确保航天员安全返回到地面,肯定是不能像卫星、货运飞船那样在大气层中被烧毁,需要完好无损地软着陆到地面或者海面。所以飞船返回舱需要经过特殊的设计。
比如说,飞船返回舱的外部需要能够承受极高的温度,确保飞船返回舱不被高温烧毁。为了达到这一个目标,科学家给飞船返回舱外部涂上烧蚀材料、隔热材料,除此之外,还给飞船返回舱底部安装了隔热大底。
在进入大气层剧烈燃烧的时候,飞船外部的烧蚀材料、隔热材料会升华、脱落,带走大量的热量,这样就能避免太多热量传递到飞船内部。
而飞船底部的隔热大底也可以承受极高的温度,就算外部温度超过1000℃,但是飞船内部其实是很舒适的,航天员也不会感到不舒服。
而且,在返回地球的过程中,飞船返回舱内的航天员也会穿上舱内航天服,舱内航天服可以给航天员提供一个恒温恒压的环境,可以在一定程度上保护航天员的安全。
天舟货运飞船如果想像神舟载人飞船返回舱那样实现回收,那就需要经过特殊的设计,比如说需要涂上烧蚀材料、装上隔热大底,还要安装降落伞,这都会占用极大的空间、载重,导致飞船的载货能力大幅度下降。对于货运飞船来说,这其实是得不偿失的,我们为了尽量让天舟货运飞船能够装载足够多的物资,就不考虑进行回收了。
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