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当宇宙飞船返回地球时,为何要不惜燃烧的代价来高速穿过大气层?

2020/6/24 1:33:50 来源:原创 浏览:

当宇宙飞船返回地球时,总是以极高的速度穿过大气层,像流星一样划过天际,直到快要接近地面的时候,才打开减速伞慢慢地降落。不得不说,虽然这种返回地球的方式很帅,但是却存在着很大的风险,事实上也是如此,例如在2003年2月1日,“哥伦比亚”号航天飞机就在以这种方式返回地球时因为高温而解体。


这不禁让人疑惑,当宇宙飞船返回地球时,为何要不惜燃烧的代价来高速穿过大气层?其实答案很简单,下面我们就来一起了解一下,为什么返回地球的宇宙飞船不能慢慢地降落。

大家都知道,地球的强大引力将我们牢牢地束缚在地球表面,如果要克服地球的引力,就必须要达到一定的初始速度,具体是多少呢?科学家早已计算出了答案:在地球的表面,当一个物体的初始速度达到每秒钟7.9公里时,这个物体就可以围绕着地球转圈而不会掉下来,这被称为“第一宇宙速度”,而当初始速度达到每秒钟11.2公里时,这个物体就可以挣脱地球的引力束缚,进而飞往太空深处,这被称为“第二宇宙速度”。


为了更直观地感受到这种速度有多快,我们不妨将它们的时间单位换算成小时,即第一宇宙速度为每小时28440公里,第二宇宙速度则为每小时40320公里。可以看到,这种速度相当的惊人,显而易见的是,当宇宙飞船返回地球时,也会具备同样的速度,那么问题就来了,对于速度如此高的宇宙飞船,我们应该怎么让它慢慢地降落呢?

相信大家首先考虑就是利用减速伞,但问题是以我们人类现有的科技水平,似乎无法制造出能够承受如此高速的减速伞,可以想象的是,当宇宙飞船返回地球时,不管什么样的减速伞只要一打开,马上就会被巨大的空气阻力撕成碎片。


退一步讲,即使是我们能够制造出如此高强度的减速伞,也会面临着极度高温的考验。当宇宙飞船高速穿过大气层时,会剧烈地压缩前方的空气,从而导致高温的产生,其温度通常可达到1000摄氏度以上,而如果我们使用减速伞的话,那么被压缩的空气将会在瞬间成倍地增加,随之而来的就是更加高的温度,从而使减速伞在剧烈的燃烧中化为灰烬。


所以说在我们还没有能力制造出集耐高温与高强度于一身的减速伞之前,用这种方法使宇宙飞船慢慢地降落是行不通的。那么我们能不能利用火箭发动机的反推力将返回地球的宇宙飞船慢慢减速呢?

理论上来讲,这种方法是可行的,但问题是火箭发动机的反推力是需要燃料的,而要使速度如此高的宇宙飞船减速,更是需要大量的燃料。也就是说,如果我们要采用这种方法,就必须要求宇宙飞船在升空时额外携带大量的燃料,然而以我们现在的相对“原始”的以化石燃料为基础的运载能力,要将这些额外的燃烧送上太空,是需要消耗超级多的燃料的,这根本就不现实。


因此在我们拥有更加强大的动力之前,这种依靠反推力的方法也是行不通的。于是我们就只能利用大气层的阻力来为宇宙飞船减速了,我们不惜燃烧的代价来高速穿过大气层,其实是不得已而为之,因为我们根本就没有能力让宇宙飞船慢慢地降落。

目前我们让宇宙飞船返回地球的方式大致可分为三种,分别是“弹道式”、“滑翔式”以及“跳跃式”。简单地讲,“弹道式”就是让宇宙飞船直接往下掉,当空气的阻力使其降到合适的速度后,再打开减速伞或反推装置使其平安落地。

“滑翔式”是利用空气的上升力使进入大气层的宇宙飞船像滑翔机那样一边飞行一边下降,这样就延长了减速的时间,使得宇宙飞船的降落更加精准,同时也让其中的宇航员不必承受太大的冲击。


而对于那些速度极高的宇宙飞船(比如说从月球归来的宇宙飞船),则需要采用“跳跃式”,采用这种方式的宇宙飞船会以一个很小的角度进入大气层,在经过大气层短暂的减速过程之后,又利用空气的上升力离开大气层,然后再一次进入大气层,如此反复,就像“打水漂”一样,直到宇宙飞船的速度下降到合适的水平。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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