近日，神舟十八号顺利返航。三名宇航员都平安抵达了自己的故乡，让不少人悬着的心都放了下来。
不过，看着返航后神舟十八号后几乎烧焦的舱体，让人不禁怀疑，这和发射时那个洁白如新的飞船，是同一艘飞船吗？为什么神舟十八号返回时外壳会被烧黑成这种状态？发射时又是为什么不会被烧黑呢？
天火焚烧的返回舱
要想弄清楚神舟十八号为何会被烧得如此焦黑，就必须先明白它是如何返回地球的。其实环绕地球的物体，都必须有一个额定速度。保持这个速度后，在地球的引力作用下，神州十八号就能按照这个速度绕地球做环绕速度。
如果要提升到更高的轨道，就必须要增大自己的速度；反之要做到降低自己的轨道，就需要减缓自己的轨道。神舟十八号要想从太空中返回地球，首先要做到的，就是在太空轨道上减速。
而随着速度降低，神舟十八号被地球重力重新捕获，便开始向地球下坠，也就开始了返回过程。可别小看这个下坠的过程难度，由于地球是不断转动的，且自转速度十分快，要想做到精确着陆到指定地点，其背后是复杂且庞大的计算。
而即便减速了，神舟十八号在返回过程中仍然具有巨大的速度。以初入大气层时为例，此时的的神舟十八号下落速度和第一宇宙速度近似，也即7.9km/s。
众所周知，物体在与另一个物体接触，并发生摩擦时，将会产生热能。可别看神舟十八号返回的途中都是空无一物的天空，要知道，在地球上可是有一种东西无处不在的，那就是空气。在速度足够大的时候，空气也会形成一种巨大的阻力。
在神舟十八号和空气接触并减速的时候，高速之下和空气摩擦，产生了大量的热能，这种热能便是导致其外壳焦黑的主要原因。不仅如此，高速甚至能导致空气中的部分分子离子化，进而形成肉眼可见的火光。
可以说，神舟十八号的外壳之所以会如此焦黑，是因为它确确实实地从天火中走了一遭！焦黑的外壳都是在空气的摩擦之下，高温所导致的船体表面焦灼。
不过这又有新的问题了，神舟十八号返回时的速度，是要慢于发射时候的速度的，那为什么发射时的神舟十八号舱体，几乎保持了洁净如新呢？
这就要让我们来看看神舟十八号的发射过程了。与大部分载人航天飞船发射过程一样，神舟十八号的发射中也采用了分体式运载火箭的设计。也即在发射过程中，火箭会逐级分离，并在到达指定高度后，再让神舟十八号进入轨道航行。
这就意味着，其实在上升过程中，神舟十八号并没有直接暴露在大气层中，而是在多级火箭助推器的保护之下。而在返回过程中，神舟十八号是直接与空气接触到，这也使得与空气有了更多的摩擦。
还有一个非常重要的原因，那就是因为在神舟十八号，上升过程中，速度确实远大于返回过程，单位时间内摩擦产生的热量确实更大。
但是由于其上升速度过快，与空气摩擦的时间其实非常短暂。加之极快的速度进入真空的宇宙地带，那么与空气的摩擦也将不再继续，故而其产生热量的时间更短，对船体的灼烧程度也就没那么明显了。
返回舱背后的科学奇迹
可别看宇宙飞船的返回过程看起来这么轻松简单，但是其背后所蕴含的技术，不管是哪一项都需要各行各业的人才汇聚在一起，才能实现的。
就拿返回地点计算来说吧，别看我们这次神舟十八号和往常一样，顺利的到达了东风着落场，但是在这背后也是无数科学家付出了无数努力，才能达成的结果。
因为地球是不断运转的，且速度极高，达到了每小时1667公里。宇宙飞船要从环绕轨道减速落入地球，就意味着其下落的横向速度与地球自转速度的差值，要到达一个恰到好处的区间，这样才能保证刚好准确地着陆在预定地点。
然而光有计算还是不够的，因为计算出来的结果，还需要考虑到地球上的风力以及不同地区重力的影响。这些影响在地球自转和飞船高速下落两个庞大的数字面前，将会被无限地放大。
让飞船准确的下落到着陆场，这背后复杂的计算展现了这个国家超级计算机的水平，而整合气候、地理等多方面因素的影响，又体现了这个国家科学体系建设的完善。
前文也提到了，飞船在返回过程中会剧烈放热。据计算，在神舟飞船返回地球的途中，由于与空气剧烈摩擦，其外部温度足以到达1000摄氏度以上！这种高温甚至能融化人造飞行器的大多数部件。各国报废卫星的一个手段，就是让它们在下落大气层的过程中被焚烧殆尽。
这种高温如果直接作用到生物身上，那么将没有一个生物能在此高温下幸免。因而如何在返回过程中保证宇航员的生命安全，成为了宇宙飞船在设计之初就必须考虑的问题。
我国的神舟系列飞船在设计的时候，其返回舱舱体都采用了一种特殊的耐燃阻燃隔热材料。即便舱外温度高达1000摄氏度以上，舱体内部温度都不会超过30摄氏度。
而除了采用特殊隔热材料外，神舟十八号还有一个降温绝招，那就是通过泄漏一部分冷凝水，形成一层蒸汽薄膜，进而隔绝高温的目的。这是因为液态水在短时间遇到高温时，会立刻形成一片致密的水蒸气膜，进而阻拦膜内温度进一步上升。
可以说在保护返回舱内的宇航员上，又集成了我国最尖端的材料学和物理学设计。而返回舱如何减速，也是一个大问题。
根据动能公式计算，重量数吨、进入大气层速度远超音速的神舟十八号，如果未经减速撞击到地面，其产生的威力将不会亚于任何一枚现代航空炸弹。别说是返回舱内的宇航员了，就算是其着落地点都会经历一场灾难。
为了让返回舱以安全的速度抵达地面，我们的科学家和设计师做了多方面的准备。首先是在飞船的造型设计上。在上升过程中，飞船的整体形状呈流线型，这样的结构整体上能减少空气阻力，进而有助于飞船快速上升。
而在返回过程中，飞船将以较大的下端进入大气层，加大与空气的接触面积，这样使得在与空气的摩擦过程中，飞船会损失更多的动能，进而达到了减速的目的。
而除了通过造形结构减速外，为了保障下落过程中飞船不发生旋转，返回舱还设有多个姿态控制喷口。这些喷口能够通过喷出气体，使得飞船在返回途中能微调自身姿态，以更好的保证减速过程顺利。
而到了离地面最后一段距离，飞船将打开准备好的降落伞，完成最终减速，并顺利返回地面。自神舟五号以来，我国载人航天飞船返回从未有过任何失利，这足以证明了我国在航天领域，足以称得上是世界一流水平。
艰难的载人航空返回史
不过我国航空事业能如此迅速的发展，除开我国航天工作人员的不断努力外，更是因为我们站在了巨人的肩膀之上。在我国宇航员顺利返回的背后，也浓缩了人类的宇宙飞船返回史。
在最初的人类航空探索阶段，加加林在从太空返回地球的时候就向苏联航空局表示，自己感受到了难以忍受的高温。
不过当时苏联航空局并没有加以重视，他们只是觉得航天器的材料和宇航服还有改进的空间，并没有考虑到潜在的燃烧危险。
1967年，苏联宇航员科马洛夫，成为了人类史上第一名遇难的航天员。而造成他牺牲的根本原因，就是在其返回过程中，高温透过返回舱的外壳，熔断了其降落伞的绳索结构，导致降落伞无法正常打开。
在着落的剧烈冲击之中，科马洛夫的躯体随着着落舱化为了无数碎片。而即便是进入了21世纪，因为返回而牺牲的宇航员依然存在。
在2003年，NASA的哥伦比亚号航天飞机在完成任务返回地球的途中，因为错误的计算了当地的大气压强，导致飞船外壳开裂，高温气体涌入舱室内，导致宇航员气化死亡。
我国神舟飞船有着如此高的安全系数，除了我国科研人员的努力之外，更离不开这些牺牲在人类航空道路上的先驱。如果没有他们用生命为我们验证了道路的方向，或许我们的航空之路还将更为忐忑。
结语
神舟十八号的顺利返回，其背后不仅蕴含着许多有趣的科学知识，更是浓缩了我国科研实力的集大成所在。航空事业是人类共同的梦想，未来我国注定会到达更远的天空，进而与世界分享这份属于全人类的果实。
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