为什么飞船返回地球是不能减速进入大气层以降低危险?

天蓬元帅要上天


当然可以减速,也必须要减速,减速以降轨。

飞船返回步骤简单分为五步如下:

1.减速降轨

航天员收到基地指挥中心下达的返航的指令后,就会减低飞船的飞行速度,进而飞船就会脱离原来的飞行轨道,逐渐降低轨道,过渡到进入大气的轨道。

2.关键大气层“再入角”

这个步骤需要精细化,那就是飞船返回地面的“再入角”,也就是进入大气层时的飞行方向与当地水平面的夹角,这可以说成是飞船能否安全返回地面的关键。我们认为:一般情况下这个伞角不能超过3 °,再入角过大,飞船就会像陨石一样坠落地面,而被烧毁;再入角过小,飞船又会飞回宇宙空间回不了地面。

3.通过大气层灼烧

当飞船进入大气层后,因与空气剧烈摩擦,头部温度可高达几千摄氏度。为了防止飞船因过热而烧毁,必须在飞船外部覆盖一层防热材料。这种材料是可以烧蚀的,即在高温时它的表面部分会熔融蒸发或分解气化,从而把热量带走。

4.软着陆装备开启

大约在距地10千米左右的高空,飞船的速度已降到每秒330米以下,相当于“音速”。此时,飞船上携带的降落伞便会自动打开,配合着陆的软着陆发动机也会适时启动。

5.飞船着陆

了解了这些,我们回到问题上来,当飞行器或返回舱到达近地轨道,就是依靠反推进提供足够外力来减速降轨,着陆前也是通过多种手段降低速度软着陆。


探索深空


飞船可以减速,实际上飞船也是通过反推减速再入大气层的。题主的问题应该是飞船为什么不一直减速至开伞速度从而避免危险的大气层摩擦减速过程。

现在的飞船只能用大气层摩擦方式减速,其实是现有化学火箭推进技术局限性决定的。飞船入轨就必须达到7.9km/s的第一宇宙速度,这个速度非常快了相当于海平面23倍音速,因此加速到第一宇宙速度需要相当多的能量, 大部分的燃料用来给飞船加速,比如8吨的神舟飞船入轨需要460吨的长2E火箭其中大部分是燃料。加速和减速能量需求是一样的,如果使用飞船发动机推进直接减速,几乎也要消耗和发射差不多相同规模的燃料,就是说需要400吨左右的飞船,现在是不具备单次发射这么大载荷入轨的,即使3500吨起飞重量的土星五号火箭也仅能送100吨载荷入轨。

飞船动力直接减速并非不可能,需要下一代的空间推进技术。





nordland


飞船在返回时当然是要减速的,只是到底应该减多少就有讲究了。

在实际的返回过程中,飞船必须沿一条狭窄的区域,一般可以称之为"返回通道"。如果返回时在这一区域之上,它会被弹出到更高的轨道,如果在其之下,就会被烧毁。

要知道飞船在太空中飞行时是具有相当大的能量的。举一个例子来说,假设有一个质量为100000千克,飞行速度为7700米每秒,轨道高度为300千米的宇宙飞船在地球轨道上运行,那么它的机械能大约是焦耳。看着这个数字隐隐约约可以感受到它的庞大,但是至于它到底有多大还是挺模糊的。不妨在举一个例子,一个普通的家庭每年冬天取暖所需的能量大约为焦耳,如果将飞船所具有的能量全部用于取暖,那么一户家庭可以足足使用41年。

这么多的能量需在短短的半个小时甚至更短的时间里全部消耗殆尽,以便能够完全停下来。可想而知飞行器的加热率有多大(即单位面积上单位时间内获得的热能)。但是能量是守恒的,这么多的能量最终都去哪里了呢?空气分子撞击飞行器,进而全部转化为热能。

就如同船在水中滑行时一样,飞行器在进入大气时会将前方的空气激发成弓形的波浪。这种波浪将空气分子由平静的状态变为活跃状态,并获得热能。接着分子获得的热能再传递给飞行器。就像拿锤子去敲钉子,多次敲打后,钉子和锤子的温度都会升高。

当然,对于正常返回的飞行器来说这样的热能是有方法转移掉的。

  • 吸热器。多应用于早期的弹道导弹。用更大体积的材料来吸收掉热量,以保持更低的峰值温度。
  • 烧蚀。将飞行器表面覆盖上具有较高融解潜热特性的材料,以便在融解以及蒸发时吸收热量,保持较低的温度。
  • 辐射冷却。利用具有较高发射率的材料,在返回时将大部分的热量发射出去。
如果未能够正常通过这个"返回通道",而是因为速度过低而从其下面穿过,那么这将很可能变成流星一般划过天空。

不仅如此,在太空中降低速度必然会消耗燃料,减速越明显消耗的燃料也就越多,这对于火箭工程师来说是不现实的。而且像这样不顾一切的减速反而会面临更多的危险。何不利用较少的燃料去寻找那个更安全的"返回通道"呢!


科小白X


飞船返回地球一定要经历减速这一阶段。

前面的几个回答已经很详细了,这里我做下简单补充。



飞船在绕地飞行时,如果要降低轨道高度,一定要通过降低速度来实现。这里涉及到了圆周运动的知识。

当一个物体围绕一圆心O做圆周运动时,物体受到沿轨道半径指向圆心O的力,被称为向心力,若物体做匀速圆周运动,向心力大小始终等于物体质量和环绕速度平方的乘积与轨道半径的比值,即



公式中等号左边是向心力,等号右边的又被称为离心力(一种假想的,不存在的力,方向始终沿圆周轨道半径背离圆心)表达公式,换一种表达:物体围绕某一圆心O做匀速圆周运动时,向心力大小等于离心力大小。

当向心力大于离心力时,物体运转轨道半径减小,做向心运动,反之,向心力小于离心力,物体运转轨道半径增大,做离心运动。

飞船飞回地球属于向心运动,飞船绕地飞行时,地球对飞船的万有引力充当向心力,而要使飞船所受离心力小于向心力,就要减小飞船的运行速度。这样,飞船的高度才会降低。



所以不仅仅是飞船,任何一个飞行器在靠近任何一个天体时,都是这样一个原理。


老朱物理课堂


你所谓的减速降落要消耗太多的能量,目前人类的技术水平无法实现。就像现在发射飞船非得用化学火箭,在极短的时间的内,将飞船加速到第一宇宙速度,进入太空。同样的如果我们以一米每秒的加速度,缓慢加速到第一宇宙速度,同样能进入太空,但是人类目前的技术完全无法实现这种缓慢加速一直到速度达到第一宇宙速度。只能靠化学燃烧的爆发力,在短时间内达到达到第一宇宙速度!


天马行空1400


当然可以啦,只要不怕费燃料。我们的嫦娥号就是这样登陆月球的,在降落时不断向下喷射,靠反作用力推动嫦娥号克服重力,平稳着陆。

因为飞船体积有限,载荷也就受限制。不可能携带更多燃料上天。所以在降落时主要靠自由落体下降,速度必然就会越来越快。只是在临近地面时,才用一次发动机制动。然后再利用降落伞缓冲一下。最后实际是比较重的摔在地上的。飞船内部有保护航天员的缓冲设施,球形舱容易滚动,也可以吸收部分冲击能量。然后是靠地面人员协助让飞行员出舱。

月球上没有空气,不能用降落伞。落到地面没有人员帮助处理。所以嫦娥号必须平稳的四脚着地,偏一点嫦娥会翻车,她自己不会爬起来,这个探测器就算废了。所以必须用不断制动方式减速,还要调整身体姿态,确保四脚水平落地。着陆点还要平整,不能有坑娃。这需要超好的技术。另外月球上重力小,需要的燃料也就少。


多维观世界


在太空中是没有空气,飞船在太空中变轨通过火箭发动机进行,太空船直接减速会消耗大量燃料,减速消耗燃料按照发射的20%,太空飞船是按克计算,减速的燃料这是很大很大的负重。所以科学只能设飞船能飞远一点,返航时就要最经节约燃料的轨道飞行。


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