都是穿過大氣層，為什麼飛船返回時會有高溫，而升空時卻沒有呢？

2020-11-12 丶燃爆時刻丶

人類在探索太空的過程中發生過不少的事故，甚至還有太空人因此而失去了寶貴的生命，例如在2003年2月1日，「哥倫比亞」號太空梭在返回大氣層時發生了解體，導致7位太空人無一生還。

事故發生後，人們很快就找到了原因，那就是位於「哥倫比亞」號左側機翼前緣的隔熱瓦出現了一處破損，從而造成大量的高溫空氣從此處湧入太空梭。調查結果顯示，在「哥倫比亞」號升空82秒時，有三塊外部隔熱泡沫從太空梭上脫落，其中的一塊造成了此處破損。

也就是說，「哥倫比亞」號是帶著一個「破洞」升空的，期間並沒有經歷過高溫，直到其返回時才發生事故。那麼問題就來了，都是穿過大氣層，為什麼飛船返回時會有高溫，而升空時卻沒有呢？下面我們就來講一講。

我們都知道，飛船至少要達到第一宇宙速度，才能夠在沒有額外動力的情況下長時間地在太空中滯留。顯而易見的是，在飛船返回大氣層的時候，也會具備大致相同的速度，因為第一宇宙速度高達7.9公裡/秒，根本就不適合在地面上安全地降落，所以飛船在降落到地面之前必須要減速。

就目前來看，我們只能利用地球的大氣層的阻力來完成減速，這其實是一種有著較高風險的做法，因為當飛船以很高的速度穿過大氣層的時候，就會發生強烈的氣動加熱現象，從而導致高溫的產生。

需要指出的是，有不少人都認為這種高溫是因為飛船與地球大氣層中的空氣摩擦產生的，但實際上卻並不是這樣的。雖然高速的氣流會與飛船表面發生強烈的摩擦而產生熱能，但是這隻佔飛船返回大氣層時產生的熱能的一小部分，而大部分的熱能則是飛船迎風面的空氣因為受到劇烈地壓縮而產生的。

由此可見，飛船返回時的高溫，是其自身在高速穿過大氣層時發生的氣動加熱現象造成的，但為什麼飛船在返回大氣層時會有高溫，而升空時卻沒有呢？我們接著講。

雖然地球號稱有著厚度有1000公裡以上的大氣層，但是大氣層裡的空氣卻分布得非常不均勻，測量數據顯示，地球大氣層大約75%的大氣質量和90%以上的水蒸氣質量，都集中在離地球表面最近的對流層裡，而對流層的平均厚度僅有12公裡左右。

隨著高度的增加，大氣層的密度會出現指數級地下降，當高度達到距離地球表100公裡以上時，空氣的密度就已經降至只有海平面的大約220萬分之1了。

飛船發射升空的時候，其速度不是瞬間就提升至宇宙第一速度，而是要經歷一個持續的加速過程。也就是說，飛船在升空時其實是以一個緩慢的速度穿過地球大氣層空氣最稠密的區域，而當飛船達到較高速度的時候，它早已經到達空氣極為稀薄的區域。

我們可以看到，在飛船升空的過程中，要麼就是速度很慢，要麼就是空氣很稀薄，在這兩種情況下產生的氣動加熱現象都很不明顯，所以就全程都沒有高溫了。

看到這裡，可能有人會問了，既然如此，如果我們讓飛船在返回大氣層時也緩慢地穿過空氣稠密的區域，是不是就可以避免高溫給飛船帶來的風險了？答案當然是肯定的，但遺憾的是，以我們現有的科技卻很難做到，為什麼這麼說呢？

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