在7月15日,天舟九号货运飞船发射升空,为中国空间站送去几吨物资,这些物资将支持当前在中国空间站执行飞行任务的神舟二十号以及后续的神舟二十一号飞行任务...
2025-07-15 7
在7月15日,天舟九号货运飞船发射升空,为中国空间站送去几吨物资,这些物资将支持当前在中国空间站执行飞行任务的神舟二十号以及后续的神舟二十一号飞行任务的航天员乘组使用。除了搭载航天员所需的食物、水、衣服等物资外,天舟九号货运飞船也会搭载大量科学载荷,还有大量推进剂。因为空间站能够长时间运行而不掉下来,就是有货运飞船补给推进剂,让空间站能够在必要的情况下启动发动机进行加速提升飞行轨道高度。
飞船发射时不会燃烧
估计很多爱好者都看了飞船发射升空的画面,当火箭点火后,火箭、飞船组合体在强大推力的托举下缓缓加速上升,最后进入预定轨道。在发射升空的过程中,火箭飞船组合体也穿过地球大气层但不会剧烈燃烧起来,而在返回地球的过程中却剧烈燃烧起来,这到底是怎么回事?
不仅是飞船在重返地球的过程中会剧烈燃烧,当火箭完成发射任务后,火箭残骸也会掉下来,再入地球大气层的过程中,火箭残骸也会剧烈燃烧起来。同样的,那些卫星、探测器之类的航天器或者残骸再入大气层的时候也会剧烈燃烧起来。航天器重返地球的过程中到底经历了什么?
当飞船、火箭组合体发射升空时速度很慢,虽然在地面空气密度是最大的,但是由于速度很慢,所以气动加热效应几乎不存在。就算火箭组合体上升到几十公里高度速度越来越快了,那里的空气密度越来越低了,气动加热效应也不会很强烈,温度不会大幅度上升。当跨过100公里的卡门线进入外太空时速度已经足够快,但那里几乎不存在什么空气了,气动加热效应也几乎不存在,所以温度不会上升到可以剧烈燃烧的程度。
当飞船从太空结束飞行任务返回地球时,它们的速度都很快,一般都接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒。当飞船以这么快的速度重返地球时,一开始空气密度不大,所以速度衰减不会特别明显,当它的飞行高度越来越低,空气密度会越来越大,气动加热效应会越来越强烈。大概在距离地球表面还有80公里时,外部温度就会上升到1000℃左右了,整个飞船就像被熊熊大火包围着。
天舟八号货运飞船在7月8日从中国空间站组合体撤离,随后在7月9日受控再入地球大气层,在进入大气层后,天舟八号货运飞船剧烈燃烧起来,绝大部分零部件直接燃烧殆尽化为灰烬了,只有少量残骸没法完全燃烧殆尽掉入大海。
返航时剧烈燃烧起来
航天器从太空中返回地球时都会经历高温的灼烧,这是没办法的事情。因为飞船在飞行过程中速度很快、动能很大,在重返地球过程中需要转化能量,就剧烈燃烧起来。
在6月初,网络上有一个很热门的话题,那就是马斯克的星链卫星大量坠落地球。在2020年有2颗星链卫星坠落地球,在2021年有多达78颗星链卫星坠落地球,在2022年有99颗星链卫星坠落地球、在2023年有88颗星链卫星坠落地球、在2024年坠落地球的星链卫星数量达到了316颗,而在2025年1月也有超过120颗星链卫星坠落地球。
仅仅2024年就有多达316颗星链卫星掉下来,平均下来的话,差不多1天就掉一颗星链卫星,2025年1月坠落地球的星链卫星超过120颗,平均下来每天掉4颗星链卫星。这么多星链卫星掉下来,我们也没有看到多少关于卫星坠落砸到人或者砸到房子车子的消息,这是因为这些卫星坠落地球的过程中剧烈燃烧起来,绝大部分零部件都直接燃烧殆尽了,只有少量残骸没法完全燃烧殆尽才会掉下来。
例如在2024年8月,有一块重达2.5公斤的星链卫星残骸掉落到加拿大萨斯喀彻温省一处农场上,那是目前唯一经证实未在大气层中烧毁的案例。这样的情况还是很少见的,因为地球表面积有接近71%都是大海,陆地的面积占比比较小,而且陆地上还有大面积的沙漠、戈壁滩之类的无人区。这些航天器残骸掉到人口密集区的概率很低,就算有残骸掉下来,大概率都是掉入大海或者沙漠这些无人的区域。
这些航天器重返地球过程中经受这么高温灼烧最后直接燃烧殆尽,其实也有很多好处。大家可以想象一下,在几十年前我们人类发射的一些卫星早就已经坠落地球,还有一些卫星残骸在环绕地球飞行,可能还能飞行很时间。而这些报废的卫星已经失控,我们人类没法控制它们,它们就像陨石、流星体那些小天体那样随处飘荡,什么时候在什么位置坠落地球,全凭天意。
如果这些航天器坠落地球的过程中不会出现剧烈燃烧的情况,而是完整掉到地面,那该多危险!毕竟现在在太空的卫星残骸、火箭残骸、飞船残骸非常多,而且有一些卫星残骸的尺寸比较大,可能达到几吨重,这么大的庞然大物直接砸到地面,破坏力可不小。幸运的是,地球有浓密的大气层,它们再入大气层的过程中会剧烈燃烧起来,绝大部分零部件直接在大气层中化为灰烬了。
如果地球没有大气层的话,那这些航天器重返地球就不会剧烈燃烧起来了。当然,在没有空气的情况下,那些航天器残骸估计都不会坠落地球。因为发射这些航天器到近地轨道运行,它们的飞行速度接近地球第一宇宙速度,只要保持这一个速度就能一直环绕地球飞行。像月球就没有空气,在月球轨道环绕月球飞行的航天器理论上就不会掉到月球表面。
只是由于地球有大气层,即使是近地轨道依旧存在稀薄的空气,所以在近地轨道运行的航天器会受到一定的空气阻力,它们的飞行速度会越来越慢,最后坠落地球。这几年,星链卫星大量坠落地球,就是太阳活动导致地球大气膨胀,让近地轨道的空气密度变大,星链卫星受到更大的空气阻力,所以速度衰减很快,从而加快坠落地球的速度。
现在天舟九号货运飞船已经成功发射升空了,将为中国空间站补给更多物资,而在今年下半年,我们还会择机发射神舟二十一号飞船。这艘飞船预计在10月下旬左右发射,虽然距离发射时间还有几个月,但神舟二十一号飞船已经在发射场处于待命状态2个多月时间,具备快速发射的条件。
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