神舟十三号成功返回地球！为何飞船返回时会燃烧，而升空时却不会

2021年10月16日零时23分，中国载人飞船神舟十三号成功发射进入太空，该飞船载有三名宇航员翟志刚、王亚平和叶广福。2022年4月16日晚9点56分，神舟十三号成功返回地球！经过183天在中国空间站的工作和生活，三位航天员完美地完成了神舟十三号的任务，安全返回家园，创造了中国航天员在轨飞行时间的新纪录，标志着中国空间站关键技术验证阶段的顺利完成。从现场拍摄的图片中我们可以看到，神舟十三号飞船返回舱的外壳有明显的烧蚀痕迹，这说明飞船返回地球时遭遇了高温燃烧。

另一方面，当神舟十三号发射并起飞时，其外壳并没有燃烧起来，那么问题来了：为什么飞船返回时燃烧，而起飞时却没有？我们通常认为空间站是一个漂浮在地球上空的物体，但实际上它是以第一宇宙速度绕着地球运动的，因此它可以在太空中停留很长时间。当航天器从空间站返回地球时，其初始速度也与空间站的速度相同，约为每秒7.9公里，因此很明显，如此高的速度不适合在地球表面降落。答案是利用空气阻力。对于一个在空气中运动的物体来说，它走得越快，受到的空气阻力就越大，利用这个原理，我们可以大大降低返回的航天器的速度。

当航天器在空气中高速运动时，它猛烈地压缩了迎风的空气，结果产生了大量的热能，使航天器的表面温度迅速上升到几千摄氏度，从远处看似乎是航天器着火了。换句话说，航天器返回时的燃烧与常见的燃烧现象不同，实际上是由于航天器高速通过地球大气层时，空气动力加热产生的高温造成的，但为什么航天器在起飞时不产生高温呢？让我们进一步看看下面。地球大气层中的空气并不是均匀分布的，从以下事实可以看出，我们越接近地球表面，空气密度就越大，而大气层中的空气密度则随着高度的增加呈指数下降。

例如，靠近地球表面的对流层，其平均厚度只有12公里，却包含了地球大气质量的大约75%和超过90%的水蒸气质量，而在距离地球表面100公里处，空气密度只有海平面220万分之一左右。当航天器发射时，它的速度不会一下子增加到第一宇宙速度，而是一个缓慢的加速过程，这意味着在地球大气层的密集区域，航天器实际上是以相对缓慢的速度飞行，其空气动力加热并不明显，不足以使航天器燃烧起来。而当航天器的速度足够快，飞得足够高时，空气变得非常稀薄，空气动力加热也不明显，航天器也不会烧起来。

有人可能会问：如果我们让航天器在返回地球时以相对较慢的速度通过地球大气层的密集区域，它也不会燃烧起来，那么为什么不呢？原因是我们还没有这样做的能力，目前我们只能通过两种方式使航天器减速：使用降落伞和反冲装置。如果我们使用降落伞，那么降落伞将无法使飞船在空中减速，如果我们在密集的地方打开降落伞，那么降落伞将在瞬间被空气的巨大阻力撕裂，即使没有被撕裂，也会被几千摄氏度的高温烧毁。而如果我们想用反冲装置使飞船大幅减速，就需要大量的燃料，这就迫使我们在发射飞船时携带大量的额外燃料，而为了将这些额外的燃料发射到空中，我们需要更多的燃料为起飞提供动力......。

这根本不现实。这个过程可以简单描述为利用空气阻力来减速，当达到一定程度和特定高度时，打开一系列减速伞来进一步减速，并在降落前启动推力反向器这个过程很简单，但更容易做到。总而言之，神舟十三号载人飞行任务取得了完全的成功，展示了中国强大的航天能力！好了，今天的内容就到这里，欢迎大家关注我们，下回见。