2022年4月16日 ，上午9时47分，巨大的减速伞带着“黑黢黢”的神舟十三号载人飞船返回舱穿过云层，出现在东风着陆场湛蓝的天空上！

10时24分，北京航天飞行控制中心发电宣布“神舟十三号载人飞行器任务圆满成功！”

在这个神舟共庆、万民同喜的时刻，目迎翟志刚、王亚平、叶光富三位航天员走出返回舱的你，是否注意到出发时光洁崭新的飞船，此时变得“脏兮兮”的，布满了燃烧后的黑色花纹。为什么飞船在返回时会燃烧，升空时却不会呢？今天我们就来讨论下这个“航天小秘密”。

“神舟十三”宇宙征程

首先，我们要介绍下“神舟十三号”从起飞到返回的整个飞行过程。飞船升空阶段和返回阶段是否燃烧，根本取决于飞行过程中飞行器的质量及舱外的环境。

神舟十三号，是由长征二号F遥十三运载火箭推举升空的。这种长征二号F（也称长二F），它的意义就是在点火后产生巨大的动力，将捆绑在其上的载人飞船带到“近地轨道”。在这个过程中运载了适当燃料和助燃氧化剂的火箭，要带着神舟号穿过大气层。

从地面开始计算，我们的大气层包括：对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层五个部分。其中离地球最近的“对流层”中，空气和水蒸气密度最高，空气达整体大气的75%。“平流层、“中间层”的空气密度逐渐下降。

空气密度越高，飞行器速度越大，两者摩擦产生的热量才剧烈致起火。从中我们可以分析，飞行器最容易起火的阶段要么是在空气密度很大的对流层，要么是飞行器速度十分大的时候。

相信看过神州十三号发射直播的小伙伴都知道，火箭在搭载神舟号刚刚升空时，速度并不快。当飞行器到达一定高度后，火箭相继脱去逃逸塔、载有燃料的助推器，来持续加速。当飞行器达到一个可能起火的速度时，此时的舱外空气密度已经趋于稀薄，不会让飞船烧起来了。

从“十三号”到“小黑蛋”

神州十三号在有火箭帮它“加速飞行”时都不会“起火”，为什么返航时“娇小”的一个，却反而起火了呢？

空间站和地球、卫星一样，都是按照一定的速度在围绕着地球在做圆周运动的。只有这样才能保证不被地心引力“拉下来”。神舟十三号进入空间站轨道后，以7.9km/s的速度运行。当它要返回地球时，则要冲破原来轨道的“平衡”，脱离原轨道的返回舱，就会开始沿着抛物线下滑。这个过程中，势能不断转变为动能，也就是说速度会越来越快！

当返回舱以这个速度进入大气层时，即便是稀薄的大气也会受到剧烈的影响。返回舱以“坐落”的方式进入大气，它的“屁股”以急速砸向大气，此处的空气被疾速挤压，温度瞬时升高，达到上千摄氏度，因而变成了“小火球”。即使返回舱外涂满了阻燃涂层和隔热涂层，燃烧后的返回舱也变成了“小黑蛋”。这个过程十分凶险，稍有不慎就可能引起数据的变化而造成事故，因此返回舱进入大气层的“时机”都是由地面控制中心严格计算的。

但请放心，舱内温度被严格控制在30度及以下，我们的三位航天英雄不会感受到高温难忍。返回舱的动能转化为热能，此时其速度已经大大地下降。在穿越过失联的“黑障层”后，返回舱拉开降落伞。在地球上的我们慢慢就会看到，巨大的“蘑菇伞”拖着我们的英雄凯旋而归。

在了解了飞船起飞时不会燃烧，降落时反而燃烧的原因后。你是否疑惑，为什么科学家在设计飞行器时，不能避免返回舱着火呢？

目前航天界着陆的方法基本都是以空气阻力来降低返回舱速度。如果在空气稀薄的大气层就打开减速伞，没有空气迅速充盈减速伞，减速伞起不了作用。如果在空气浓稠的大气层打开减速伞，但此时返回舱速度过大，减速伞会被撕破。这两点，限制了减速伞使用的时间，使得返回舱“着火”不可避免。美国的航天飞机也许是目前最成功的“返回舱”，它搭载的燃料可以让飞船在返回中降速，但速度之快也让它避免不了外壳被烧红的问题。

飞船在着陆前“疯狂减肥”，扔掉推进舱、抛开航道舱，实际上都是“无奈之举”。如果飞船在返回时质量过大，飞船在大气层摩擦产生的“热量”也会更高。飞船和舱内人员能否忍受如此高的热度都是个巨大问题。同时，巨大的坠落动能可能让舱内的航天员丧命。还可能给地球“开个大坑”。

每次航天飞船“回家”都“抛东撇西”，自然不是明智之举。毕竟能作为“返回舱”安稳落地的部分越大，能够回收的部分也就越多，也能从宇宙环境中带回更多珍贵的实验样本。

因此如何让返回舱“晚点着火”，甚至“不着火”是目前航天科研的攻坚问题之一。一旦这个问题被“拿下”，星际航行指日可待。

参考资料：

[1]周岫彬. 神舟十三号背后的黑科技你知道吗？[J]. 知识就是力量,2021(12):34-37.

[2]黄志澄. 中国空间站将改变世界载人航天格局[J]. 太空探索,2021(11):22-25.

[3]冀潇. 浅谈航空航天飞船在太空行驶及返回地面的力学原理[J]. 科技风,2018(03):183.

[4]郑中全 ,彭景广. "神舟"五号飞船中的"力热光电"[J]. 考试(中考版),2005(02):23-24.

[5]廖航,竺梅芳,雷江利,王立武,李博. 大质量航天器气囊着陆缓冲过程研究[J]. 航天返回与遥感,2020,41(01):28-38.

[6]《飞船返回舱如何返回面的？》中国航天科技集团公司．2011-09-22[引用日期2017-02-25]

作者：娜娜子 审核：henna 校稿编辑：李子