为何神十九在返回地球时，要不惜燃烧代价，高速穿过大气层？

前言

4月30日，深受国人牵挂的神十九，在地球上空“漂流”两天后，终于是有惊无险的着陆了。

随着舱门打开，三名航天员挥舞双手的举动，构成当天最美的画卷。

然而，就在众人欢呼雀跃的时候，有一名网友提出了这样的问题：️宇航员在完成太空任务进入大气层时，每次返回舱都“烧”得那么厉害，为何就不能“慢”点通过呢？

其实，针对这样的问题，早在2024年，中科院物理所就给出过答案：️燃烧是宇宙飞船现阶段无法避免的问题。

飞船冲入大气层

“燃烧”，是宇宙唯一的返回方式

假如大家是宇宙飞船的“驾驶员”，现在要求返回舱冲进高速流动的大气层，你会加速还是减速？

如果有人选择了减速，那么恭喜你，️飞船这辈子都可能回不到地球上。

由于地球引力机制的影响，飞船在太空轨道的飞行速度是非常快的，可达28000km/h。

飞船冲入大气层

这是什么概念？咱们国家的高铁够快了吧？也才400km/h，其速度还不及人家的1/10。

而返回舱在冲向大气层的过程中，会因空气的剧烈摩擦而产生大量的热，从而呈现出一副燃烧的姿态，这个现象也被称为️“气动加热”。

那么为何飞船此刻一旦减速，就可能再也回不到地球了呢？其原因主要有两个方面。

一方面由于航天员安全着陆的考虑，返回舱的着陆地点往往经过了特别复杂且严格的计算，这会导致其冲入大气层的速度和预定飞行轨迹的很“苛刻”。

神十九返回地球绕行5圈

这个时候你要减速，就只能启动逆向推进器，可能减到多少，这是很难把握的。

一旦减大了，返回舱很可能就会被大气层“弹”回去，导致返回任务的失败。

这时可能就会有网友提问了：速度减多了，无非就是更慢一点呗，又怎么可能被“弹”回去呢？这不纯胡扯吗？

弹出大气层

要是这样想，那你可想简单了。

我国的嫦娥6号，在太空冲入大气层的时候，就曾遇到过这样的窘境。

由于嫦娥6号是从月球轨道回来的，导致其速度特别特别快，已经接近宇宙第二速度。

如果以这个速度进入大气层，其短时间产生的高温，很可能会瞬间把返回舱给烧毁。

于是为了解决这个过热问题，我国就采用了主动减速的模式，也是大名鼎鼎的“半弹道跳跃式”返回。

简单来说，这种模式会让返回舱进入大气层的时候，调整至非常小的角度，让其呈现出一种“慢慢进入大气层”的景象。

在这个过程中，虽然飞船的速度不慢，但因摩擦的空气有限，燃烧也会相对的安全一点，黑能进一步减速。

由圆柱体产生的弓形激波

结果，在下降到距离地表大约60公里的时候，返回舱的底部就产生了一个️弓形激波。

这个波就把飞船给弹了起来，好在经过二次调整之后，其还是有惊无险的冲入了大气层。

而另一方面，由于返回舱降落的速度很快，要单靠逆向推进器，来达到缓慢减速以安全着陆的目的，️其所需要的燃料是难以估计的！

那为什么起飞的时候不多带点燃料呢？

燃烧的返回舱

“孤胆英雄”的航天员们

这就要聊聊燃料本身了，作为航天飞船发射唯一的动力系统，其本身也是相当一部分重量的。

而飞船起飞时要克服的地球引力，则是跟质量成正比的。

因此，只要装贴的燃料过多，其很可能会因引力过大，从而飞不起来。

而这一限定，也就注定了返回舱本身，就不可能携带过多的燃料，这也是为什么不能主动减速的原因。

神州5号所脱离的耐高温材料

因此，比起减速来减少燃烧而带来的热量，科学家们往往更倾向使用耐高温的材料，来直接隔绝高温对航天员的伤害。

但这也会带来一个问题，当返回舱在下降至地表大约80千米的时候，返回舱表面的分子会被气动加热所产生的高温给电离。

随后，大量的电离气体会将整个飞船包裹其中，从而形成一个等离子层。

神十五穿越黑障区

在这情况下️，地面与返回舱是几乎失联的，因为沟通所用的电磁波被全部隔绝了，雷达也检测不到飞船的位置。

这是非常危险的，在2003年，美国的哥伦比亚飞船就是在穿越黑障区的时候，就因一块泡沫隔绝材料的脱落，导致机体表面的高温失控，最终里面7名航天员，全部不幸遇难。

因此航天飞船也往往被人们称为“孤单英雄”，其只有挺住太空高温的“淬炼”，才能返回地球。

报道

不过，这一切网友们也不用担心，黑障区的难题早在2023年就被我国给攻破了！

咱们的中科院院士包为民老先生，️通过20马赫超音速风洞和高温真空暗室的使用，成功改进了通讯系统并研制出新型的自主导航系统，从而很好的解决了黑障区，带来的失联问题。

一般来讲，等离子成所形成的屏障是很难有电磁波通过的，但咱们的老先生却通过大量的实验发现：️在特定频率和调试方式下，电磁波是能有效穿过等离子体环境的。

报道

这就意味着，只要科学家们吃透了这些等离子体的特征，就能通过发射特定频率的电磁波，来与返回舱内的航天员对话！

在得到这一振奋人心的消息后，科学家们开始没日没夜的守在实验室，来模拟大气层高速环境下的等离子体特性。

2022年，神十三返回舱在着陆的时候，就应用了这项技术，整个通信过程非常顺畅，没有收到黑障区丝毫的影响！

燃烧，已经成为了航天员回家的最安全的道路......

信源：中科院物理所 2024年11月2日关于“宇航员完成太空任务返回时，返回舱会与大气剧烈摩擦，为什么不能慢点？”的报道

信源截图

结语

透过神十九的着陆画面，看着返回舱表面那黢黑的痕迹，不由得为航天员和科学家们敬佩。

是他们，踏着重重烈火的淬炼，完成了一项项太空任务，为中国的航天事业，贡献出了宝贵的力量。

那飞船燃烧的姿态，是人们回家的灯塔......