為什麼宇宙飛船返回地球一定要那麼快?

怕瓦落地155424677

一般地說,航天器返回地球時主要分三個階段

一是剛進大氣層。此時航天器速度非常快,比第一宇宙速度稍低,但此時大氣稀薄,降落傘無法正常打開。


二是航天器進入黑障區,此時大氣密度上升,而航天器速度依然很快,由於壓縮底部空氣,動能轉化成空氣內能,與航天器接觸的空氣溫度急劇上升,導致其外表面溫度升高,主要是底部,航天器表面產生電離層,與外界通信中斷,此時如果打開降落傘,降落傘所受瞬時作用力巨大,極大可能會撕斷,只能墜毀。


三是脫離黑障區後直到著陸的階段,此時由於前一階段大氣的摩擦阻力,速度已經大大降低,而大氣密度也足夠大,此時開傘既能起到減速的作用,同時航天器所受瞬時加速度也不至於太大,因而可以安全有效的降低航天器的下降速度。


起止於步

宇宙飛船返回地球要看是什麼樣的宇宙飛船,如果是近地軌道的那種,比如神舟、聯盟等,返回地球的速度不會超過第一宇宙速度。如果是阿波羅登月飛船,那麼速度可解決第二宇宙速度,這與返回的軌道有關,處於什麼的軌道,對應什麼樣的速度。不論如何,宇宙飛船返回地球都需要反推制動。我們假設太空中有一個相對地球靜止的飛船,如果它要向某個方向運動,就需要向反方向以一定的速度拋射一定質量的物體。這個物體一般是火箭發動機的燃氣,我們稱之為工質,由於動量守恆,飛船會獲得向前的速度(動量)。

動量和衝量單位相同。所謂衝量,就是作用力效果隨時間的積累。換言之,如果物體的動量發生改變,物體必然會受到力的作用。這裡飛船收到的就是發動機的“推力”。如果飛船要減速、停下來,那麼就需要向反方向拋射物體。這是飛船的速度會逐漸減小,直到停止。對於重返大氣層的飛船,在進入返回軌道的時候就需要發動機制動,降低速度,精確控制切入大氣層的角度,不然飛船就會如同水漂一樣被稠密的大氣層反彈出去,無法返回。在地月系內運行的宇宙飛船速度都不快,而一些掠過地球、通過其他行星引力加速的飛船,返回地球就不是這樣了。

這樣的探測器或者飛船還會受到各種天體的引力作用,其運動會更加複雜。比如美國宇航局的朱諾木星探測器,利用火星進行兩次引力加速,第二次掠過地球的速度超過了第二宇宙速度。但是目前的飛船運動控制,基本原則還是建立在牛頓三大定律和動量守恆之上的。


川陀太空

因為航天器在地球外面“繞圈圈”的時候具有較大的能量,包括勢能和動能。

如果這個航天器本來就在最低的軌道運行,那麼他的最低速度就是7.9公里每秒。因為貼著地球飛,必須高於這個速度,否則離心力和重力沒法保持平衡了,航天器就會掉下來。

這也是最低的進入大氣層前的速度。低軌道航天器在這個速度上再減速,就可以返回地球了。當然,如果有燃料的話,可以把速度降得更低一些,但都是很快。現在的技術,還不足以讓航天器不利用大氣減速而安全著陸。

比如SpaceX的火箭回收,是結合利用大氣減速與火箭減速,這使得人類距離實現低速往返大氣更近了一步。


今後的發動機技術還有燃料有了更高的技術突破,到時可以實現慢慢進入大氣的。

那麼,在高軌的航天器速度比較慢,為啥回來的時候也這麼快呢?

在高軌的航天器,環繞速度沒這麼快。比如地球同步軌道,環繞速度只需要3公里每秒。這就足以讓離心與重力達到平衡,航天器在這個軌道以這個速度不會掉下來。

在這個高度減速,然後軌道變成橢圓,最低點與地球接觸。那麼這個最低點的速度就遠大於剛才的7.9公里每秒了。可能達到10公里每秒。因為從同步軌道回到地球,重力做功很多。這就是為什麼發射到同步軌道的航天器需要更多燃料。



即使在高軌把環繞速度減為零,那麼航天器就會被地球拉過來,在接觸大氣的時候又達到了很高的速度。




還有美國的阿波羅登月,是從月球反回的,那麼它接觸地球的速度是接近第二宇宙速度的。當時也沒有什麼減速的好辦法,“打水漂”等技術在當時也不存在。只能這麼硬著頭皮撞上大氣層。

總而言之,由於航天器需要在軌道穩定環繞,就決定了其接觸大氣的時候很快。目前利用大氣減速是一種最為簡單可行的辦法。將來有課更先進的技術,可以使航天器慢慢進入大氣層,到了那個時候,航天器可能並不需要太多的隔熱設施,甚至現在的高空飛機的隔熱與增壓技術都可以往返地球。


蛋科夫斯基

不是一定要那麼快,而是它們本身在軌的時候速度必須要非常快,即達到「第一宇宙速度」。而回來的時候,由於飛船重量有限,燃料帶的也非常有限,所以無法進行反衝減速,只能以這樣的高速衝入大氣層,靠著空氣阻力減速。

飛船為了保持它的飛行高度,必須要達到「第一宇宙速度」,也就是每秒鐘7.9千米的速度。在這個速度下,地球半徑下的圓周運動恰好可以抵消下墜的速度。我們可以這樣理解:

想象水平向前扔出一個球,初速度越快,球下落點的位置就離我們越遠。既然地球是個球體,那麼只要速度足夠快,這個球下落一段距離時,地球的表面也會與初射點切線的延長線有相同的距離——換句話說,球的軌跡與地球的表面曲線相同,只要速度不變,它便不會下墜。而這個速度,就是所謂「第一宇宙速度」。

宇宙飛船要返回地球,第一步就是要變軌,要減速,速度降下來了,軌道高度就自然減下來了。然而問題是,火箭的運力是有限的,要將盡可能多的重量分配給科研設備和宇航員。同時,減速是需要消耗燃料的,所以,飛船隻能有限的減速,速度降了下來、軌道變低了,就會遇上大氣層,這時飛船就會靠著大氣層來減速,這樣會節省很多燃料。飛船無法先利用稀薄的大氣層減到足夠低的速度,因為速度與高度是相關的,速度太低,飛船就無法不靠著外部推力來保持高度。


章彥博

哥們你以為只有上天才需要克服地球引力做功嗎?下降一樣需要的,宇宙飛船重量和高度都是非常大的,所以重力勢能也是非常誇張的,能量守恆原則,自由落體,高度降低重力勢能必定會轉化為動能,速度肯定非常快,減速常用只有兩種方法,一是曾經美國鬼子的航天飛機,靠滑翔,增加降落的距離從而增加空氣阻力做工的時間,達到減速的目的,一是現在都在用的減速傘,用巨大的阻力短時間就可以減速到可以接受的速度了。至於緩緩降落,最想的肯定是楊利偉,當年可是被震吐血了。但是實現有難度,以上兩種方法都是靠的空氣阻力,但是大氣層厚度有限,可以減速的時間有限,無限增大降落傘技術難度比較大,而且阻力瞬間太大會拉斷繩索的,用燃料反推,不好意思,升空時候基本都用光了,增加燃料攜帶量,這個成本太高,也不是必須,所以基本只有落地瞬間反推達到可以接受範圍內的速度就好。


Bulrush

你問的不準、我答的也不準了,人類製造進入宇宙空間的任何飛行器在宇宙中有其固有的運行速度,及三個宇宙速度當運行速度每秒7.9公里時是第一宇宙速度,當每秒11.2公里時是第二宇宙速度,當每秒16.7公里時是第三宇宙速度,你說的返回地球速度快?我看不光是不快,而是失去軌道運行速度讓地球的引力引入大氣層焚燬!《如果是人為控制的飛行器可按程序返回地面》


手機用戶6959802763

首先,宇宙飛船的速度肯定處於第一到第二宇宙速度之間。還有一定的軌道高度。當飛船返回大氣層,飛船的速度來自兩個能量。其一是軌道運動速度,其二軌道高度勢能轉化mgh=1/2mv²。所以宇宙飛船載入大氣層的速遞可以達到20多公里每秒。這個能量是非常巨大,不可能利用反推的動力抵消。而且要抵消需要消耗等同發射的燃料,不現實也不經濟。所以一般是調整飛船姿態載入大氣層,利用大氣阻力減速飛船。


科技解密

不是一定要那麼快!返回時只要降低在軌飛行速度,飛船受地球引力自動墜落,在墜落過程中因受重力影響速度會越來越快!因為重力大小是離地面越近其吸引力越大,由此導致降落速度會加速!


虎哥航空研究室

繞地飛船速度是7.9公里每秒,不然就要掉下來。而這個速度是依靠幾百燉的火箭硬推上去的,而回來就沒有同樣的火箭啦,所以只有靠大氣層這個剎車皮啦。制動火箭微微一點減速,可使飛船軌道不斷下降,依靠大氣層進行氣動減速。


貓大36935067

不是宇宙飛船返回地球一定要那麼快。不是說慢了就回不來了。(和脫離地球不一樣,飛出去慢了真飛不出去,但飛回來慢了是可以的。)這個速度我們希望是低的,但是它有那麼高,我們也沒有辦法,只能是臨近對面打開減速傘來降低速度了。


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