天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

Advertisements

今年以來,我們國家在航天領域取得的成果大家有目共睹,我們的發展速度實在是太快了。如天問一號探測器成功完成環繞火星、著陸火星、巡視火星三大步,祝融號火星車超預期運行;空間站核心艙也已經發射升空,首批進入空間站的宇航員在空間站生活、工作了3個月后,現在已經乘坐神舟十二號飛船返回地球。在神舟十二號任務期間,宇航員先后完成了2次出艙活動,還完成了很多科學研究。在神舟十二號飛船返回后沒多久,另一艘飛船又發射升空了。

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

天舟三號飛船發射成功!

自空間站天和號核心艙發射升空,我們的空間站建造也就拉開了序幕,此前我們已經先后發射了天舟二號飛船、神舟十二號飛船,目前神舟十二號飛船已經返回,接下來我們還將發射神舟十三號載人飛船,在下一次太空飛行任務中,我們的宇航員將在空間站內生活、工作6個月。兵馬未動,糧草先行,在神舟十三號載人飛船發射之前,我們需要給空間站送去各種物資補給,如食物、水等,完成這一次補給任務就由天舟三號貨運飛船完成。

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

在2021年9月20日,搭載天舟三號貨運飛船的長征七號遙四運載火箭在文昌航天發射場發射升空,順利將天舟三號貨運飛船送上地球軌道。這一次補給任務中,天舟三號貨運飛船一共搭載了近6噸補給物資,將與空間站核心艙完成自主交會對接,隨后等待神舟十三號載人飛船的到來。

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

相信很多朋友都觀看了神舟十二號載人飛船返回地球過程中的畫面,也看到了天舟三號貨運飛船發射時的視頻。從視頻中,我們會發現,雖然都是穿越地球大氣層,在發射升空時飛船并不會出現燃燒現象,但是在返回地球時飛船有一段時間卻變成一個燃燒起來的熊熊火球。這是怎么回事?

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

在地面空氣密度非常大,隨著高度不斷上升,空氣密度就會逐漸下降,在太空中空氣密度非常低,可以認為接近真空狀態。在發射時,火箭、飛船從地面起飛,在前期階段,由于空氣阻力非常大,所以火箭的加速不會很快。即使地面空氣密度比較大,但是由于速度比較慢,所以前期的氣動加熱效應不足以讓火箭、飛船燃燒起來。

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

隨著火箭不斷燃燒燃料,飛行速度越來越快,高度也越來越高,但也不足以出現燃燒的現象。這是因為在跨過100公里高的卡門線時,火箭、飛船的速度可能還達不到3公里每秒,而且,在這個空間空氣密度已經非常低,所以不足以讓火箭、飛船燃燒起來。而飛船在返回時的情況就完全不同了。

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

在返回地球時,飛船的速度非常快,接近第一宇宙速度(即7.9公里每秒),從月球或者更遠的宇宙深處返回的飛船速度更快,如嫦娥五號在完成月球取樣后返回地球時速度接近第二宇宙速度(即11.2公里每秒)。當飛船以極快的速度進入大氣層時,由于在高空中的空氣密度非常低,所以空氣阻力不明顯,在進入大氣層后的一段時間內,飛船的速度不會下降得非常明顯。

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

隨著飛船不斷下降,空氣密度越來越大,這時候速度極快的飛船巨大的動能迅速轉化為熱能,飛船周圍的空氣溫度急劇上升,達到2000℃左右,這時候飛船看起來就像是一個燃燒的火球。由于空氣密度越來越大,阻力越來越大,飛船的速度也會不斷下降,當下降到一定的高度時,氣動加熱效應已經不足以讓飛船周圍維持燃燒狀態,這時候就不再燃燒了。隨后,飛船會打開降落傘進一步減速,讓飛船穩穩地停在著陸點。

天舟三號飛船發射升空!為何飛船返回時會燃燒,而發射時卻不會?

我們在夜空中看到的流星形成的原理其實和飛船返回地球是相似的,環繞地球飛行的隕石、流星體速度極快,在進入大氣層后劇烈燃燒變成絢麗多彩的流星。在2019年俄羅斯的進步MS-11貨運飛船在完成任務后與國際空間站分離再入大氣層,在國際空間站內的宇航員目睹了這艘貨運飛船在大氣層中劇烈燃燒的場景,大約持續了幾分鐘。美國宇航員尼克⋅黑格將這一幕描述為“有些像大型煙火表演”。

大家都在玩的社團☞熱門大爆料☜加入社團和大家一起交流

Advertisements