轉載請註明：【文章轉載自公號：中國航天科普（id：space-more）】

載人飛船返回地球時，返回艙和推進艙會分別進入大氣層。那為什麼從來都只看到返回艙安全回到地面，卻沒見過推進艙呢？這是因為，推進艙在大氣層中燒燬了。那麼，為什麼艙體會在大氣層中燃燒呢？

在返回地面途中，返回艙和推進艙在距地面100km高空的位置開始進入稠密大氣層，這時，它們的速度大致有8km/s。就像我們冬天搓手取暖一樣，艙體對大氣的高速摩擦和對周圍氣體的壓縮，使降落速度急劇下降，同時產生巨大的熱量。

在距地面100km的高空開始進入稠密大氣層

大部分的熱量將使返回艙和推進艙艙體表面溫度上升到幾千攝氏度。返回艙和推進艙外壁會被熊熊烈火包圍，像火球一樣劃過天空。絕大多數材料無法承受高溫，會被燃燒殆盡，推進艙也就是這樣消失在高空中。

那麼，返回艙為什麼能夠安全回到地面呢？難道它不怕熱嗎？

是誰引火燒身蠟炬成灰

為了保護返回艙內航天員、實驗儀器設備等的安全，聰明的科學家和工程師想出了一種“丟卒保帥”的巧妙辦法。他們在返回艙外部，特別是溫度最高的底部厚厚地包覆了一層稱為“燒蝕材料”的防熱層。一旦返回艙艙體受到高溫侵襲，燒蝕材料防熱層就會引火燒身，燃燒自己，消耗掉這些熱量，從而保護飛船。

安全返回地面的返回艙全都是“大黑臉”，像經歷過火災一樣，就是燒蝕防熱形成的結果。當燒蝕材料與大氣摩擦時，它會受熱熔化、蒸發、昇華、分解和氧化燃燒。

安全落地的返回艙

更有趣的是，在整個燒蝕過程中，不論是材料的熱分解、熔化，還是蒸發和昇華都將吸收大量的熱能，而且產生的氣體和燃燒產物在不斷流失的同時，還能夠從飛船表面帶走大量的熱量，有效地阻止了熱流傳到飛船內部。

除了能夠消耗熱量、帶走熱量，燒蝕材料燒蝕成炭的同時，還能在飛船表面形成一個高溫輻射散熱層，向外輻射熱量。這麼神奇的燒蝕材料是拿什麼做的呢？燒蝕材料一般是由特殊的玻璃纖維與有機合成樹脂組成的複合材料，它還採用了輕質填料作為填充劑。

我國的神舟飛船採用了以燒蝕材料為主的飛船防熱結構，科學家們通過對數十種燒蝕材料的反覆篩選和試驗，最終為神舟飛船選擇了一種先進的低密度燒蝕材料。這種材料不但能耐受幾千度的高溫，而且密度小於1g/cm³，質量非常輕。

是誰安於磐石始終如一

返回艙艙體並不是一個密閉的整體空間，艙體上還有舷窗，方便航天員們觀察艙外情況。艙體通過燒蝕材料防熱，但舷窗部分顯然不能被燒蝕材料所覆蓋，它如何防止幾千攝氏度的高溫侵襲呢？同時，為了保證艙內的穩定，舷窗還要有密封性。

蘇聯“東方號”載人飛船返回艙舷窗

絕大部分材料只能在常溫或不太高的溫度下才能維持優良的密封性能，而返回艙舷窗要同時實現防熱與密封，這可不是件容易的事。經過研發、討論和反覆驗證，飛船研製者們最終採用多層窗玻璃的形式，結合合理的結構設計，同時解決了高溫和密封的難題。

飛船返回艙的舷窗窗口採用三層玻璃：最外層是高溫防熱玻璃，這層玻璃不進行密封，專門用以防熱；內兩層則採用鋼化玻璃，同時承壓和密封。

飛船返回艙舷窗結構示意圖

為什麼要使用三層玻璃呢？

1 將防熱玻璃與密封玻璃分開，避開了同時進行高溫和密封的難點。這樣做，就是將問題一分為二，各個擊破。

2 除了最外層玻璃能夠防熱，內兩層玻璃也起到了適當的隔熱作用。使飛船內部接近中溫和常溫，因而內兩層玻璃也比較易於實現密封。

聯盟號飛船舷窗

3 除了隔熱，雙層玻璃的設計保證了承壓與密封的冗餘設計。這是因為單層玻璃的承壓能力是按飛船艙內正常大氣壓設計的，當雙層玻璃中任一層損壞時，另一層玻璃仍可以正常工作，這就提高了密封的可靠性。

當然，防熱玻璃和周圍防熱材料要通過各種燒蝕試驗，最後篩選出符合要求的再進行使用。各部分的溫度則要用複雜結構溫度場的分析程序進行計算，才能確定三層玻璃、密封件和其他部件的工作溫度和尺寸。

透過神舟飛船舷窗看航天員楊利偉

實際上，除了燒蝕防熱外，飛船還採用其他防熱方法。比如在飛船外部使用高反光、耐高溫金屬層，能夠通過熱輻射原理輻射掉大量熱量；還可以在飛船上包裹熱容量大、耐溫高的防熱材料，利用這種材料本身能在溫度升高時吸熱，將大量傳入飛船表面的熱量吸收掉，從而保證內部不致過熱等等。一般來說，這些防熱方法會結合使用。