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天舟九号发射升空! 飞船发射时不会燃烧, 返航时为何剧烈燃烧起来
发布日期:2025-07-20 04:23    点击次数:195

7月15日,天舟九号货运飞船成功升空,向中国空间站运送了数吨必需物资。这些物资不仅支援正在执行任务的神舟二十号航天员,还为即将执行的神舟二十一号任务做准备。除了航天员所需的食物、水和衣物等生活用品外,天舟九号还搭载了大量的科学实验设备及推进剂。这些推进剂对于中国空间站的长期稳定运行至关重要,它们能为空间站提供必要的动力,使其在轨道出现变化时,能够通过启动发动机进行轨道调整,保持稳定。

对于许多航天爱好者来说,飞船发射的画面是令人激动的。每当火箭点燃,飞船与火箭组合体便在强大推力的帮助下逐步加速,最终进入预定轨道。虽然火箭飞船组合体在发射过程中会穿越地球大气层,但看似并不会发生剧烈燃烧,然而在返回地球时,却会经历强烈的燃烧。为什么会出现这种情况呢?

其实,不仅仅是飞船在返回地球时会剧烈燃烧,火箭在完成任务后,其残骸在进入大气层时也会发生剧烈燃烧。即便是卫星、探测器或其他航天器及其残骸在重返大气层时,也会因为气动加热而猛烈燃烧。那么,这一切究竟是如何发生的呢?

当飞船和火箭组合体刚刚发射时,速度相对较慢。尽管此时地面的大气层较为浓密,但由于飞行速度较低,气动加热效应并不明显。因此,即使火箭飞船组合体逐渐升高,气动加热效应依然不会产生剧烈反应。当飞行器跨过100公里的卡门线,进入外太空时,空气几乎不存在,这意味着气动加热效应几乎为零,因此温度也不会升高到足以引发剧烈燃烧的程度。

但当飞船从太空返回地球时,情况则大不相同。飞船的速度通常非常快,接近地球的第一宇宙速度,约为7.9公里每秒。当飞船以如此高速返回地球时,在初始阶段,由于空气稀薄,飞行器的速度衰减并不明显。但随着飞行器逐渐降低高度,空气的密度不断增大,气动加热效应也随之加强。大约在离地面80公里左右时,外部温度便会急剧上升至1000℃左右,飞船表面几乎会被熊熊烈火包围。

例如,天舟八号货运飞船于7月8日从中国空间站分离,并于次日受控再入地球大气层。在进入大气层的过程中,天舟八号经历了剧烈的燃烧,绝大部分零部件被完全烧毁,只留下少量未能完全燃烧的残骸,这些残骸最终落入大海。

航天器返回地球时的剧烈燃烧是一种必然现象。因为飞船的速度极快,动能巨大,返回地球时必须通过转化这些能量来减缓速度,而这就导致了剧烈的热量释放。实际上,这种情况并非新鲜事物。例如,马斯克的星链卫星在过去几年就频繁出现坠落事件。2020年就有2颗星链卫星坠落,2021年和2022年分别有78颗和99颗,而2024年这一数字飙升至316颗,每天大约有一颗星链卫星坠落,2025年1月更是有超过120颗星链卫星坠落地球。

即便如此,星链卫星坠落时也极少发生撞击人类或财物的事故。这是因为这些卫星在重返地球时会剧烈燃烧,绝大部分零部件都在大气层中化为灰烬。只有少部分无法完全燃烧的残骸才会掉落到地面。例如,2024年8月,一块重2.5公斤的星链卫星残骸在加拿大萨斯喀彻温省的一个农场被发现,这也成为了迄今为止唯一经证实未完全烧毁的残骸。值得注意的是,由于地球表面积约71%为海洋,卫星残骸很大概率会掉落到海洋、沙漠或其他无人区,从而减少了对人类生活的威胁。

航天器在重返地球时经历如此剧烈的燃烧,其实带来了不少好处。如果这些航天器未能在大气层中燃烧掉,而是完整地坠落到地面,那么后果将不堪设想。因为现在在太空中的卫星、火箭和飞船残骸数量庞大,有些残骸甚至重达数吨。如果这些巨大的航天器直接撞击地面,破坏力极为可怕。幸运的是,地球浓密的大气层能有效地帮助我们解决这一问题。它能在航天器再入时将大部分残骸烧毁,避免了巨大的风险。

如果地球没有大气层,情况就完全不同了。航天器在没有空气阻力的情况下将无法减速,这意味着它们将继续以接近地球第一宇宙速度在轨道上飞行。像月球就没有大气层,月球轨道上的航天器理论上也不会掉落到月球表面。然而,地球的大气层为我们提供了必要的保护,确保这些航天器最终会因为空气阻力而减速,并最终坠落地球。

近年来,星链卫星坠落现象的增加,也与太阳活动有关。太阳活动导致地球大气层膨胀,增加了近地轨道的空气密度,从而使星链卫星遭遇更大的空气阻力,飞行速度加速衰减,进而加速了卫星的坠落过程。

而就在天舟九号货运飞船成功升空后,未来的航天任务也将继续进行。今年下半年,中国还计划择机发射神舟二十一号飞船。这艘飞船预计将在10月下旬发射,尽管离发射还有几个月的时间,但神舟二十一号已经在发射场待命超过两个月,具备了快速发射的条件,准备迎接新的挑战。



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