航天器穿越大氣層,返回時會出現高溫,為什麼升起時沒有

載人航天器和貨運航天器都是由火箭發射,完成任務後航天器如何返回地球?航天器還通過了大氣層,為什麼返回時會出現高溫,而提起時卻沒有升高。當航天器返回時,它們在重力作用下向下加速。但與此同時,濃密的大氣層會使飛船減速。通常,航天器返回地球的速度要比加速降落更快。根據牛頓力學,地球的第一宇宙速度是7。9公里,這是航天器的最大軌道速度。隨著軌道高度的增加,軌道速度逐漸減小。載人航天器的軌道高度通常為400公里,相應的軌道速度約為每秒7。7公里。由於巨大的動能,航天器本身沒有足夠的燃料來減速,只能依靠地球的稠密大氣來減速。

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航天器首先啟動火箭發動機的在軌制動,使其在地球的重力作用下離開原始軌道並進入大氣。通常,100公里是空間的分界線。航天器可以透過多種方式重新進入大氣層,例如彈道,跳躍和滑行,其中任何一種都利用空氣阻力來減慢速度。在再入過程中,由於航天器前方空氣的強烈壓縮(而不是航天器與空氣之間的摩擦力),航天器外表面的溫度升高到1000度以上。為了確保航天器的安全,需要採取措施應對這種高溫。

航天器穿越大氣層,返回時會出現高溫,為什麼升起時沒有

航天器如何應對高溫?中國神舟載人航天器系列將在航天器的外表面塗覆燒蝕材料,在高溫下燃燒並離開航天器,從而帶走大量熱量。 NASA的太空梭使用隔熱瓦,用於腹部的隔熱陶瓷,用於機翼和機鼻的碳-碳複合材料以及用於機身的其他隔熱材料。絕緣材料在航天器的安全返回中起著重要作用。 2003年,當NASA的哥倫比亞號太空梭起飛時,外部燃油箱上的泡沫掉落並撞到機翼,刺穿機翼上的隔熱瓦。當哥倫比亞號太空梭返回時,熱氣從機翼上的小孔中傾瀉而出,導致太空梭解體,機上七名宇航員全部遇難。

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當航天器的速度完全減速時,巨大的降落傘將開啟,進一步使航天器減速至每秒10米以上。當中國神舟載人飛船離地面約1。4米時,將發射推力火箭使飛船安全著陸。 NASA的太空梭滑回地球,最終降落時轉動了降落傘制動器。航天器返回時將經歷高溫。為什麼不起飛呢?原因是火箭起飛時不是很快。火箭以巨大的重量起飛,濃密的大氣層會產生很大的阻力。火箭難以加速,速度小,燃氣熱效應不強。

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當火箭透過稠密的地球大氣層時,由於空氣阻力較小,火箭的質量會降低,並且隨後的加速會變得更容易,而不會產生強烈的空氣熱效應。這就是為什麼哥倫比亞號太空梭可以安全地飛入太空的原因。如果將來可以建造太空電梯,將不會有巨大的速度變化,沒有高溫,並且絕緣不再是大問題。但是,目前尚無高強度材料,航天器仍處於理論研究階段。

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