為什麼太空飛行器返回地球時才需要隔熱層,而升空時不需要

首先我要說，太空飛行器離開地球時並非不用隔熱層——不過你沒錯，返回大氣產生的熱量是要更高一些的。

想明白為什麼，你首先得稍微了解一下大氣阻力。阻力是當你將物體推進大氣時受到的來自大氣的抵抗。它使你變慢，還會將你的一些能量轉變成熱量。

一個物體受到的阻力大小取決於幾個因素：大氣的密度（大氣越密，它產生的阻力越大），物體的運動速度（速度越快，它受到的阻力越大）以及該物體垂直於運動方向的橫截面面積和形狀（想想看，降落傘大大的表面積是為了產生巨大的阻力讓人慢下來，而賽車精美的流線形車身是為了將阻力降到最小）。

結合上述因素我們不難發現，在大氣中一個定點上，太空飛行器受到的阻力只會因其速度變化或橫截面面積形狀變化而變化。原來，這兩個因素在（太空飛行器）離開和返回地球時是不一樣的。

假如你必須讓太空飛行器在發射即刻便具有完全足夠進入軌道的速度，大氣阻力將是升空過程中的「攔路虎」。還好，如果你曾經見過太空梭（或其他太空飛行器）發射你就明白事實並非如此——恰恰相反，太空梭最初的起步是很慢的，它要在上升過程中不斷地燃燒燃料給引擎點火才會最終得以提速。

當你越飛越高，大氣的密度會急劇（實際上是指數級）下降，所以一旦所在位置足夠高，你大幅度地加速也不會製造出太大阻力了。工程師們所說的最大q值點（最大動壓點，譯者注）——便是大氣阻力達到最大值的地方。這個點位於發射後一分鐘左右的幾千米高空處——過了這個點，太空梭引擎的油門便被開到最大了（不過太空梭還需要飛到更高的地方才能達到最大速度）。

好了，那麼返回地球時呢？太空梭在軌道上以高速運行——將近每秒8千米（每小時17000多英裡）。為了讓太空梭安全回家，你需要讓它大幅度減速——如果你曾見過太空梭著陸，你就會發現這和飛機降落沒什麼兩樣，也就是說它此時是以相對緩慢的速度運行的。

一種讓太空梭減速的辦法是點燃它的火箭——一套和送它上天的火箭類似的程序。不過，這個過程需要耗費極大量的燃料（看看發射便知），並且將這些為了返航而額外準備的燃料一路扛上天的成本是難以計數的。

另一種更高效的辦法是讓主引擎燒得相對「溫柔」一些（以便讓太空梭慢下來，進入一個與大氣接觸更頻繁的位置相對較低的軌道）然後把剩下的工作都交給大氣阻力——也就是說，大氣阻力是被人為地用來讓太空梭減速的，所以你早就想好返回地球時要產生很多熱量了！你可能已經注意到，太空梭上升的時候是「尖端」朝上——它的形狀非常符合空氣動力學（就像賽車）因此阻力很小。但是降落的途中，它得用黑黑的大肚子撞向大氣並這樣「趴」在空中往下掉——這時它的形狀變得不再那麼符合空氣動力學（就像降落傘），於是便減速了。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. curious.astro.cornell- Britt Scharringhausen

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