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为何飞船穿越大气层,只有返回时才发生燃烧?这是啥原理?

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-09

飞船,是人类智慧的结晶,是探索宇宙的工具,是承载梦想的桥梁。

自二十世纪70年代,我们成功实现登月载人飞行之后,飞船就成为人类触摸宇宙的“第一手资料”,50年间仅我国就发射了12艘载人飞船,并在飞行过程中将宇航员们完好无损的带回家。


Tips:宇宙Universe,在物理意义上被定义为所有的空间和时间(统称为时空)及其内涵,包括各种形式的所有能量。

但是在探索宇宙的过程中,飞行意外时有发生,其中较常见的是返回时的坠毁。

2003年美国“哥伦比亚”号航天飞机,就在返回地球时,在空中爆炸解体了。

此外还有许多的卫星和火箭的残骸在返回大气层时,也发生了燃烧解体事件。

为什么这些飞船、火箭在发射穿越大气层时没有燃烧,却在返回时燃烧爆炸了呢?二者都有摩擦力,为什么独独在返程时燃烧,这是什么原理呢?

飞船出发时为何没有燃烧

目前世界各国的载人飞船都是有火箭运载发射,比如我们的神舟12号载人飞船就是通过长征2号F遥十二运载火箭。

因此我们讲飞船出发就是讲的火箭出发。

那么要搞懂这个问题,就要知道火箭发射的原理。


Tips:火箭自身携带全部推进剂,不依赖外界工质产生推力,可以在稠密大气层内,也可以在稠密大气层外飞行,是实现航天飞行的运载工具。

火箭起源于我国宋代,早期是放烟花的娱乐工具,到明代成为武器,到清朝被摒弃。

现代火箭来源于,苏联数学老师康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基,他在著作中详细描述了用火箭探索宇宙的可能性,并提出可以用液氧和液氢作为火箭的推进剂,还研究出了齐奥尔科夫斯基火箭推进公式,是火箭研究事业的领航人。

二战时期是火箭事业的野蛮生长期,这一阶段火箭的设计得到了完善,并为宇宙探索打下基础。

冷战时期的太空竞赛,是火箭的大发展阶段,这一时期火箭开始承担航天运输任务。


Tips:康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基,1857年9月17日—1935年9月19日,现代宇宙航行学的奠基人,被称为航天之父。

火箭,简单说就是一种推进器,利用燃烧推进剂产生的巨大推力升空。

因为地球上存在万有引力,不论扔什么东西上去,都会在引力的作用下垂直下落。

而要摆脱引力飞出地球,就需要足够大的速度。

火箭想要摆脱引力升空,它的速度必须要超过第一宇宙速度(7.9km/s),因此就要求火箭的燃料能产生足够强大的推动力。


Tips:引力Gravitation,即任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力,自然界中最普遍的力,简称引力。

当火箭点燃发射升空之后,因为有引力的束缚因此速度较慢,因此即使与空气发生摩擦也不会发生燃烧。

之后速度慢慢加快,但是因为火箭是垂直发射,穿过大气层的时间较快并且大气的温度较低,所以即使速度快,也能在燃烧之前就冲出大气层进入宇宙,而宇宙是真空环境,故而不存在摩擦反应,就不会燃烧。

同时,火箭还有整流罩的保护,整流罩就是火箭头部的钢铁外衣,耐高温性极强。

因此火箭在起飞穿越大气层时,才没有发生燃烧爆炸事件。

那么为什么返回时火箭又发生了燃烧呢?

返回时燃烧的原因

与出发时相比,回来的飞船是“轻装上阵”,虽然没有那么重了,但是“上山容易,下山难”,飞船的返回过程可比发射复杂得多。

首先它们要以宇宙第一速度的速度进入大气层,之后利用缓冲火箭和面积大约在一千多的巨大降落伞减速,最后飞船的返回舱以大约3.5米/秒的速度着陆。


Tips:降落伞是利用空气阻力原理,依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器。

现代的降落伞是人或物从空中安全降落到地面的一种航空工具。

但是在刚刚进入大气层的时候,返回舱的速度非常快大约能达到11公里/秒,因此其外壳会与大气层发生激烈的摩擦,产生大量的热量,这个过程叫做“气动加热”。

在离地面80到40公里的稠密大气层时,气动加热过程达到最高点,返回仓表面温度达到1000到3000度,整个返回舱看起来就像一颗着火的流星。

因此超高的速度是燃烧的原因之一。

没有整流罩的保护。

在飞船随火箭飞出大气层时,即使最后的速度比较快也因为有整流罩的保护而顺利通过。

但是当火箭飞出大气层后,这件钢铁保护服就完成使命,分成两半脱离飞船了。

因此在回城时,失去整流罩的返回舱只能依靠自身外层的防火涂层来防火,而卫星之类的天体返回时却什么保护都没有,因此在进入大气层后,发生剧烈的摩擦,导致变成“火流星”。

Tips:整流罩用于保护卫星及其它有效载荷,以防止卫星受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响,是运载火箭的重要组成部分。

飞行路径。

因为返回舱进入大气层的速度在引力的作用下一直在增加,如果不减速的话返回舱就会像一颗陨石一样撞向地球。

因此为了减速返回舱的路径就要发生变化,以一个弧形或者阶梯型的路径飞行,这样在大气层中逗留的时间更长,可以利用大气层的摩擦力减缓飞船的速度。

但是在大气层中逗留的时间更长摩擦更强烈,就更容易发生燃烧事件。

反之,火箭发射时,为了快速飞出大气层,使用的是垂直发射,速度即低又与大气接触时间短,因此没有燃烧的隐患。


Tips:大气层又称大气圈,是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体,是地球最外部的气体圈层,包围着海洋和陆地,大气圈没有确切的上界。

环境不同。

发射时因为地球的引力束缚,飞船的速度只能一点点地加快,因为穿过大气层的速度差不多在第一宇宙速度附近。

而返回时初始速度较好,然后在宇宙中真空环境下速度一直增加,进入大气层后压缩空气并与之发生剧烈摩擦。

因此出现燃烧。


Tips:第一宇宙速度的是7.9km/s,它是指让航天器可以环绕地球所需要的最小发射速度,此概念由牛顿提出。

以上就是,飞船为什么会在返回时发生燃烧坠毁事件的原因。

但是现实中这样的意外事故是极为罕见的,因为我们的返回舱都是利用隔热材料制作。

因此,返回舱足够安全,不必担忧宇航员的安危。

那么这些“避火衣”是如何防火的呢?

飞船的“避火衣”

由于返回舱里搭乘着宇航员,为了保证他们的生命安全,所以航天设计师们为它精心设计了一件“避火衣”,由瞬时高分子耐高温材料制成的低导热复合材料。

当飞船经过大气层时,这件神奇的避火衣遇见高温就会主动燃烧,利用有机物的燃烧带走大量热量,同时还形成一层碳化薄膜紧紧粘在返回舱表面,具有良好的隔热性能,防止高温侵入舱内。


Tips:飞船一般指宇宙飞船。

宇宙飞船spaceship,是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的航天器。

此外,还可以利用导热性能好、熔点高、热容量大的钛合金等复合金属材料制作“避火衣”。

这些材料吸热性好,能够在大气层的气动加热过程中吸收大量的热量,将其储存在外层中,保护舱体不受高温腐蚀。

另外,还可以给舱体涂抹隔热涂料防止燃烧。

不过因为这些“避火服”的制造,需要强大的材料科学应用能力,因此许多国家即使有财力发射飞船也没有实力成功返回,这也是为什么如今的世界上只要我国、美国、俄罗斯三国有发射航天载人飞船的原因。


Tips:隔热服也叫热防护服,是重要的个体防护装备,指在接触火焰及炙热物体后能阻止本身被点燃、有焰燃烧和阴燃,保护人体不受各种伤害的防护服。

强大的科研能力是我国在星际科考中占上风的坚实后盾,而支撑科研实力的是强大的国力,国家的富强,才有我们在航天领域的辉煌。

科普之花绽放云中 全民共享科学盛宴

科普之花绽放云中 全民共享科学盛宴 ——我市2026年全国科普月活动综述 今年9月是新修订的《中华人民共和国科学技术普及法》施行后的第二个全国科普月。

我市围绕“科技改变生活 创新赢得未来”主题,统筹资源、全域联动、多点发力,通过精彩纷呈的科技展演、沉浸式科普体验、精准化惠民服务,让科学知识飞入寻常百姓家,让创新之风吹遍云中大地。

精心启幕 点燃全民科普热情 9月18日,以“科技改变生活 创新赢得未来”为主题的2026年大同市全国科普月启动仪式暨主场活动在云州区忘忧农场举行。

启动仪式现场,智能机器狗依次完成跳舞、比心、打招呼、翻滚等动作,生动展示传感控制、编程运行原理,让青少年近距离感知人工智能的生活化应用;人形机器人通过跳舞、打拳等展演,直观呈现机械运动控制、程序指令与机械联动的科学逻辑;无人机绕行飞行表演系统讲解飞行操控原理,展现无人机在植保航拍、物流配送、巡逻侦察等领域的广泛用途。

趣味科学实验秀将科学原理融入互动体验。

“掌中火”实验直观演示可燃气体燃烧原理,引导青少年敬畏明火、重视消防安全;“厨房安全”实景教学普及居家常见安全隐患及油锅起火等应急处置方法;“粉尘爆炸”实验以可视化方式讲解密闭空间安全知识,提升学生安全防范意识;“马德堡半球”实验让大家直观感受大气压强的存在与力量;“乒乓球机关枪”趣味演示气流与气压关系,通俗讲解伯努利原理,让学生在玩乐中学科学、懂科学、爱科学。

展演结束后,全体人员移步科普研学体验区,沉浸式开展科普研学实践。

在科技馆体验区,学生们近距离观摩下棋机器人、3D打印机器人、书法机器人,深入了解人工智能运算决策、数字化逐层成型、机械臂精准控制等前沿科技原理;亲身参与机械臂实操、对战机器人操控、八轮仿生机器狗越障、VR虚拟现实体验,直观感受仿生科技、遥控传感、虚拟成像等技术的应用场景,全方位拓宽科学视野、激发创新思维。

全域联动 科普惠民走深走实 市科协充分发挥牵头作用,联动学校、社区、企业、乡村、专业学会等多方力量协同发力,构建全域覆盖、全民参与、全程赋能的科普工作格局,推动优质科普资源下沉基层、服务群众、惠及民生。

在科创平台,学术赋能积蓄创新动能。

由市科协、市数据局等部门联合举办的第六届产学研融合创新大会暨创新能力提升研修班在晋创谷·大同举行,院士专家、企业家代表、各县区及开发区科技工作者汇聚一堂,围绕产学研深度融合、科技成果转化、产业创新升级等内容交流研讨,为全市科技创新发展搭建高端交流合作平台。

在学术前沿,高端研讨拓宽科创视野。

核技术与同步辐射X射线谱学应用研讨会在我市举办,与会专家学者聚焦云冈学科技保护、文物数字化考古、光电材料研发、核技术跨学科融合应用等前沿课题深入交流,分享最新科研成果、文物保护最新科技进展,探讨技术落地路径,以高端学术研讨助力古都文保创新与产业科技升级。

在社区,趣味科普点亮童心视界。

市科协联合水泊寺街道文兴社区开展趣味科普体验活动。

科普工作者依托小苏打、白醋、紫甘蓝等生活化材料,现场演示“火山喷发”“紫甘蓝汁变色”等趣味科学实验,以直观生动的科学现象诠释基础原理,让青少年在沉浸式体验中感受科学魅力,播撒探索创新的科学种子。

在校园,科创体验厚植科学素养。

全市多所学校积极开展特色科普活动,市科协带来智能机器人、仿生机器狗展演及趣味科学实验秀,新奇的科技展示吸引学生积极互动、踊跃体验。

大同大学附属小学等学校举办校园科技节,通过科创作品展示、趣味科学实验、沉浸式互动体验等多元形式,为学生搭建动手实践、大胆创新、展示自我的平台。

在企业,研学观摩感知数字科技。

市科协联合中国联通大同分公司、山西大同大学开展企业科普研学活动,组织学生走进数字科技企业,实地参观数据中心、创新工作室,直观了解数据存储、网络运维、算力支撑等基础设施运行模式,系统学习联通云、数据工程平台、数字化项目研发应用等前沿知识,切身感受数字科技赋能高质量发展的强劲活力。

在场馆,公益科普浸润全民生活。

市科协联合市图书馆开展“科普在身边·百姓讲堂”系列活动,围绕生态环保、自然科学、前沿科技等群众关注内容开展科普宣讲,持续传播科学知识、普及科学理念。

同时,“科普光影假日”公益放映活动温情启幕,播放《茅以升》《脊梁》等科学家主题影片,以光影力量弘扬科学家精神,引导市民尤其是青少年崇尚科学、砥砺奋进。

在乡村,惠民科普守护民生福祉。

市科协联合共青团大同市委、市慈善总会,组织市卫生与健康协会医疗专家团队走进灵丘县落水河乡固河村,开展“科普在身边 义诊乡村行”志愿服务活动,将健康科普知识、专业诊疗服务送到基层群众身边,切实打通科普惠民服务“最后一公里”。

多维开展 县区科普精彩纷呈 全国科普月期间,我市各县区立足地域实际、贴合群众需求,因地制宜开展一系列形式多样、内容丰富的科普活动,全市科普工作多点开花、亮点纷呈,营造出全民参与科普的浓厚氛围。

平城区聚焦科技创新、科学文化、科学教育、身心健康、防灾避险等群众关注热点,广泛开展科普志愿服务活动,持续涵养科学理性、文明和谐的社会风尚。

云冈区统筹各类科普资源,常态化推进科普进校园、进社区、进农村活动,以全方位科普服务持续提升辖区全民科学素质。

云州区围绕健康养生、反诈防骗、消防安全、应急避险等民生主题,开展多样化基层科普服务。

新荣区积极宣传科技创新发展成果,引导科技工作者及社会各界主动支持、投身科技创新建设。

阳高县深耕“科技兴农、科教提质、科普惠民”,积极推广设施农业种植、杏果产业提质增效实用技术;依托新建路学校科普展览馆开展常态化立体化科普教学;扎实推进乡村健康科普、数字素养提升、网络谣言治理、生态科普教育,实现科普惠民全域覆盖。

左云县聚焦群众日常需求,围绕健康养生、防灾减灾等内容开展基层科普宣讲,让科普服务贴近群众、走进生活。

灵丘县科协联合团县委、妇联等单位集中开展科普宣传活动,通过展台宣讲、展品体验、资料发放等形式,普及科学知识、传播科学思想、弘扬科学精神。

天镇县科协联动筑梦未来专项基金管委会,为星源学校捐赠优质科教设备及课程资料,同步开展为期一个月的科普大篷车校园巡展活动。

科普志愿者现场讲解展品原理,指导学生动手操作、探究思考,有效激发青少年科学探索兴趣。

浑源县精准开展分众化科普服务,面向社区老人普及健康养生、食品安全、低碳生活知识;立足乡村振兴发展需求,深入田间地头宣讲绿色种养、病虫害防治等农技知识,以精准科普助力农业增效、农民增收。

广灵县坚持线上线下融合发力,依托新媒体平台常态化推送农业技术、生活科普、安全防范知识,打通科普传播“最后一公里”。

一场场活动、一次次体验,如点点星火汇聚成照亮全民科学素质提升之路的炬光,有效促进了全民科学素质的提升,在全社会营造出爱科学、学科学、用科学的浓厚氛围,为全市高质量发展注入强劲科创动力。

记者:丁亚琴 来源:大同日报

七言|幸福的第一性原理

“01 生命中有一个短暂的窗口期,那时你的父母健康,你的孩子们还小,所有人都快乐地在一起。

感觉它会永远持续下去,但它不会。

珍惜它的每一刻。

“02 天高云淡之时,心也跟着被放宽了一寸。

——丰子恺《秋》 “03 理解对方的脆弱,但不等于你要等着对方。

你可以带着这份理解离开,然后去遇见一个真正准备好接住你的人。

保重,现在该你理解自己了。

“04 做你自己,然后去承受你为个性付出的代价和收到的礼物。

“05 所有顶级玩家,最后追求的都是运动、自然、长期主义、稳定关系、低刺激生活。

生活幸福的第一性原理,是内在秩序。

“06 “想从别人那边要任何东西,都是烦恼的起源……能够自己给自己的,最好都自己给,虽然费力,但减少痛苦,这是自由。

” ——蔡康永 “07 走着相同道路的,只能是同行者。

走着不同道路却能相伴而行的,才是朋友。

监制:视觉志 编辑:七言君 视频号:视觉志