飞船返回地球时，为什么要不惜燃烧的危险加速通过大气层？

飞船返回地球时，为什么要不惜燃烧的危险加速通过大气层？

当探测器返回地球时，它不会加速。想象一下，当它最终着陆时，它必须将速度降低到零。如果它必须加速，它将无法着陆，并烧毁探测器。事实上，当探测器返回地球时，它只会调整角度，然后使用大气层来减速自己。到底发生了什么？

换句话说，乘务员会要求乘客在起飞和降落时系好安全带。那为什么呢？

飞机正常飞行时，大部分在平流层，相对稳定，波动很少。飞机起降时，气流等因素会影响飞机。因此，与飞行相比，起降的风险因素更高。

着陆技术

在航天领域，载人航天技术中最困难的因素是返回着陆技术。飞船进入大气层后，地球有一层厚厚的大气，因为它想降低速度。高速进入大气层后，大气层会与飞船表面摩擦，摩擦会产生超高温度。

如果不控制温度，飞船最终会被烧毁，类似的事故实际上发生在历史上。例如，哥伦比亚号的保温层因事故被击穿，整个航天飞机最终在高温下解体。

那么一般如何控制温度呢？

首先，飞船应该调整角度 ，如果是返回地球，则可能需要将返回轨迹调整到与地面夹角的3度左右，这实际上是为了调整到适当的摩擦强度。如果夹角太小，摩擦减速有限，飞船实际上会像我们通常扔石头“漂浮”，直接飞出，地球回到太空；如果夹角太大，摩擦会太大，早期飞船表面温度太高，最终烧毁飞船。

飞船下落时，飞船表面温度可达2000~3000度左右，一般材料根本承受不了这个温度，要知道铁的熔点是1538摄氏度。所以飞船表面会有隔热层，包括耐高温的复合材料，在与大气层摩擦时会直接升华。

此时，超高温会在飞船表面形成一层等离子体，影响电磁波的传输。也就是说，在下降过程中，等离子体会屏蔽信号，使地面无法直接控制飞船，只能依靠飞船自动控制。我们也称这种“屏蔽信号”状态为“黑障”状态，飞船经过的区域也称为黑障区。如果飞船内部有宇航员，他会听到巨大的噪音。

当飞船离地面约10公里时，由于大气层对飞船摩擦减速的影响，飞船的速度将降低到和声速度，然后飞船将打开降落伞，依靠这些降落伞进一步减速飞船。当它接近地面时，它将启动反向火箭来帮助减速，最终可以将速度降低到2m/s左右。

在这个过程中，任何环节都有问题，都可能造成巨大的灾难。当然，也有一些问题是直接导致错误的着陆点，在早期航天技术刚刚发展，一些宇航员经常落在数百公里外，如：人类历史上第一个宇航员加加林进入太空，他着陆萨拉托夫州，整个地方距离原地400多公里。

因此，飞船着陆的过程充满了不确定性，整个过程中最重要的是使用大气层来减速，而不是加速进入大气层，加速进入大气层只会导致飞船被烧毁。

火星的“恐怖七分钟”

事实上，我们应该庆幸地球上有一层厚厚的大气层，这使得飞船返回地球相对简单。让我们以火星为例。火星的大气很薄，不到地球大气层的1%。如此薄的大气层对飞船的减速效果非常有限。

因此，飞船降落在火星上比降落在地球上要困难得多。特别是，“如何减速”一直是科学家头疼的问题。它应该从大约6000米/s减少到零。此外，地球和火星最快直接传输信息超过40分钟。仍然存在“黑障状态”的问题，整个过程大约需要7分钟。因此，整个着陆过程也被称为恐怖七分钟。许多飞船千里迢迢来到火星，最终在降落时失败，火星也有了一个名字：探测器墓地。

总结

因此，即使不是在地球上，在其他天体上，着陆本身也很困难，着陆的核心是从超高速降到零，看似简单，但实际上充满了太多的不确定性。