火箭发射时很正常，但是返回时却燃烧了，这是为什么？

火箭在升空的时候没有燃烧，为何返回时会烧起来？~

火箭为什么发射没有燃烧，而返回时却燃烧了？

一个令人挠头的问题，同样穿过大气层，发射和返回都是同样的速度，为什么返回时会有摩擦燃烧问题，而发射时候却不会呢？

卫星穿过大气层，真的是因为摩擦燃烧吗？
中学老师一般就会告诉你，卫星或者飞船和流星穿过大气层时高温燃烧是摩擦引起的！所以很多科普文中都会这样描写：“飞船重返大气层，由于空气摩擦产生的高温”，但其实这个答案几乎就是全错的！

因为穿过大气层的高温燃烧绝大部分都不是摩擦引起，而是激波加热所致！一般步行时我们感觉不到风，但开车迎风就呼呼作响了，这是因为我们前进，空气向两边避让，再从侧面经过就形成了风！

低速运动时，空气会“提前通知”前方的空气让开，但当物体运动速度超过音速时，这些前方空气再也无法及时避让，就会在运动物体的前方形成一个压缩面，在这个压缩面上的密度和温度在波阵面上发生突跃变化形成压缩波，这就是所谓的激波！

速度越高，那么激波面上空气压缩就会越厉害，压缩空气能产生热量大家都明白，要不然打气筒打几下就发烫了，但激波面上可比打气筒厉害多了，激波加热能让空气上升到上千度甚至更高！

所以在和激波面接触的飞船前部，必须敷设抗烧蚀大底，说是抗烧蚀，其实就是耐烧蚀材料，因为材料烧蚀时会带走大量的热，避免热量累积，我们唯一的要求就是这种材料烧的慢一点！

当然摩擦也能提供部分热量，据说SR-71侦察机以3倍音速巡航时，机体表面温度能超过300摄氏度，相信这些就有部分是摩擦引起，但高超音速的飞船返回地球时得回答是激波加热。

为什么返回时候会燃烧，发射时不会燃烧呢？
流星体穿过大气层时开始发光同样也是激波加热，它大约会在120千米左右高度即被稀薄大气的激波加热到开始发光的程度，最低高度大约在35千米高度左右消失，因为到此处大气密度增加，速度减弱或者解体等，大部分松散材质流星会在这个高度解体爆炸，比如车里雅宾斯克的小行星就在这个高度爆炸了！

飞船由于返回速度比较小，它的被加热到发光高度会比较低一些，不过比较大型的结构比如空间站等有太阳能电池的飞船，大部分会在100千米高度被撕裂，同时烧蚀的发光也大致从这个高度开始！高温产生的等离子体会包裹飞船，电磁波会被它吸收，所以这就是所谓的黑障段。

大部分没有抗烧蚀结构的航天器大约会在80千米左右高度解体，碎片也将在散落过程中被烧蚀，到达40-30千米高度时，由于大气强大的阻力，速度降低已经无法支撑激波加热的高温，发光也会消失！


因此如果流星体或者解体的碎片还没有烧完的话，那么它会到达地表，形成陨石或者坠回地球的卫星碎片！
为什么发射时不会被烧蚀？
其实道理很简单，速度差！当卫星返回地球时它的初始速度是第一宇宙速度，由于角动量守恒与重力势能效应，它的存速能力是很强的，也就是说即使到100千米高度，它速度仍然比第一宇宙速度小不了多少！


但当火箭将卫星送入太空时，到100千米高度时，大约也就十倍音速而已，我们可以参考土星五号送阿波罗11号到近地轨道的过程：
土星五号一级火箭的总共有5台F1发动机，每台发动机的海平面推力为6770千牛，比冲为263秒，第一级火箭只工作150秒，能将火箭送至68千米的高空，达到2.76千米/秒！

二级火箭由5台J2火箭发动机接力送往近地轨道，它工作300秒，将飞船送至170千米的高度，达到7千米/秒，最后三级火箭启动工作大约150秒，火箭进入距离地面191.2千米高度的待机轨道，速度达到7.75千米/秒！
尽管没有100千米时的速度数据，但我们可以确信在100千米的高度它速度很可能不超过4千米/秒，而返回时候在这个高度时候接近此处高度的第一宇宙速度（约7.8千米），所以两者速度差得可不是一星半点，但可以肯定的是，此时火箭外壳也会受到激波气动加热，但越来越稀薄，这个效应在更高的高度将可以忽略。

所以卫星返回时会被烧毁，但发射时却安然无恙！
流星体撞入大气层的速度为什么会有那么高？
人造卫星返回地球时速度也就第一宇宙速度，但小行星（流星）撞击地球时动辄每秒超过十几千米，而最高速度甚至接近70千米，为什么会如此之高？

第一个关键是：无限远处返回地球，这天生的就是第二宇宙速度，因为人类将物体送入距离地球无限远必须要第二宇宙速度（11.2千米/秒）。
然后第二个关键，地球围绕太阳公转速度大约为30千米/秒！
再是第三个关键，小行星围绕太阳公转，轨道不同速度不同，近日点轨道速度可能远超30千米/秒
第四个关键，地球自转速度465米/秒
如果最极端，比如在地球轨道上逆向和地球相撞，那么可以将这些速度全部加起来，因此最快速度的小行星速度将超过70千米/秒，如果最慢，那么也有接近第二宇宙速度的11.2千米/秒的速度！

而人造卫星（环绕地球）速度不会超过7.75千米/秒，因为在200千米的高度环绕速度比地表要低一点！

嫦娥五号返回舱在返回时，因为是从月球轨道返回，那么它的速度大约在10.8千米/秒左右，所以它也将和流星一样经历一个地狱般的时刻，但我们科学家给它准备了一个水漂弹道返回的模式：

第一次再入大气层时，会在气动效应下烧蚀一段时间后弹回大气层外，然后再一个抛物线返回大气层，此时速度降到第一宇宙速度下，所以过载和烧蚀情况都可控，最后将平安落地！

那是因为火箭发射上升途中和卫星返回正好相反，火箭上升先经过稠密空气的低空区，再经过空气相对稀薄的大气层，最后来到外太空，为了克服地球引力，火箭上升途中初始阶段阻力最大，从零慢慢加速直到大气层外200公里的高空时，速度还没达到第一宇宙速度7.8公里每秒，穿越大气层时速度更慢，所以和空气形不成剧烈摩擦，所以不会起火烧蚀。而返回地球的航天器运动方向和地球引力方向是一致的，如果没有遇到阻力和反制动力，速度会越来越快的。

它一开始坠落速度就达到7.8公里每秒，正是借助大气层的阻力以打水漂的方式，小角度的切入大气层，靠大气层慢慢减速，随着降落高度不断降低，穿越大气层的空气越来越稠密，这样当速度和空气密度两样都达到一定数值时，飞船就摩擦起火了，但随着速度不断降低，速度降到200米每秒时，虽然空气密度在增加，但速度慢下来了，就不会和空气剧烈摩擦起火，这时外壳也逐渐冷下来了，到了十公里高度时，也可以安全开伞降落了。发射时初速度是零，随着加速度使火箭速度越来越快，它最快时已经进入到大气层外了，计算和控制好火箭在大气层内时的燃料供给量就行了，以保证火箭速度在摩擦生热控制值以下。

下落时情况正好相反，重力加速度使它越来越快，高速再入大气层时就燃烧了，越靠近地面大气越稠密，摩擦生热越大。两个方面，速度和大气浓度，上升的时候速度从慢到快，最终超越第一宇宙速度7.9km/s逃离地球引力，而大气层浓度越来越低，但是返回时，则相反，本来速度就很快，加上地球引力，速度会越来越快，越靠近地球，大气浓度越高，所以因为摩擦而燃烧。火箭发射时，是速度从零开始逐渐加速的过程。在大气层最稠密阶段，火箭一级芯体与助推器的主要任务是使火箭克服地球引力，让火箭飞起来。在这一阶段，火箭的速度并不快。当火箭的速度达到第一宇宙速度时，它已飞到大气层外了。因此，火箭箭体不会发生与大气发生剧烈摩擦的现象。

这是因为火箭在发射的时候，对空气的压缩产生了特别强烈的作用，产生的热量没有办法推动火箭的发射，然后在宇宙当中也会受到空气的影响。

因为在返回的时候，出现了下落的情况，这样就会导致他的速度变得很快，最后才会燃烧。

因为在返回的时候受到了大气层的影响，并且跟大气层发生了非常大的摩擦，所以才会出现燃烧的情况。

因为返回的时候会遇到大气层，从高空坠落，大气层会产生摩擦力，所以才会燃烧起来。

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秦皇岛市13684698296： 发射飞船时在大气层不着火,返回时却着火? - ？
百媛格列： 返回时在大气层中摩擦,由于引力作用,表面温度大增,就会起火,发射时由于是火箭推力使之上升的,有摩擦,但是氧气越来越少,不能燃烧

秦皇岛市13684698296： 为什么神七发射的时候没有黑障,而返回的时候就有. - ？
百媛格列： 出的时候火箭克服重力上升,速度慢 回来的时候在重力作用下并且在极高的初速度下,进入大气的速度快

秦皇岛市13684698296： 神7与大气层摩擦问题 - ？
百媛格列： 返回时由于重力作用,会产生重力加速度,这样一来,速度会越来越快,所以返回时的速度远大于发射时的速度.返回时的速度非常大,以至于会与大气层摩擦产生高温,为了保护返回舱,就需要在其表面涂上一层特殊物质,返回过程中,这些物质不断汽化,带走热量,可以起到保护返回舱的作用.所以,返回舱在回来时就像是在燃烧一样.而且发生时火箭有整流罩隔热,而返回舱没有.

秦皇岛市13684698296： 火箭是用氢气作燃料,但为什么飞起后冒烟 - ？
百媛格列： 首先,火箭有很多种,燃料也有很多种,不是都用氢气做燃料的.比如我国的运载火箭(发射卫星的)一般用的是偏二甲肼.其次,运载火箭起飞时的大量烟雾,实际上是水蒸气.因为火箭起飞的时候,尾焰的温度很高,容易影响发射塔的安全,因此火箭底下是有一大片水,用于保护发射塔的.

秦皇岛市13684698296： 为什么火箭在发射时产生的热量比飞船返回时所产生的热量要小一些?火箭发射时没有黑障,而返回时就有? - ？
百媛格列：[答案] 很简单,火箭的速度不是一瞬间就达到每秒七八公里的,它有一个加速的过程.因此在低空大气层比较稠密的时候它的速度还很慢,当它的速度很快时,已经到达大气层的顶部了,这时由于空气稀薄,也不会产生黑障现象了.例如神舟7...

秦皇岛市13684698296： 火箭发射返回大气层时,其内能是增大还是减小? - ？
百媛格列： 你问的是内能,不是动能或势能. 内能:物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫内能.(内能也称热能),物体的内能与温度有关:物体的温度越高,分子运动速度越快,内能就越大. 火箭发射返回大气层时,与大气摩擦产生高温烧毁,说明温度升高得很厉害,温度升高则内能增大.

秦皇岛市13684698296： 1、人造地球卫星在返回地球表面时为何容易被烧毁 - 上学吧普法考试？
百媛格列： 这两个是不同的 升空是因为克服了地心引力,动力是火箭里面的燃料燃烧而产生推力然后升到太空的,与空气摩擦不是很强 而返回舱是因为受到地心引力做自由落体运动,本身没有产生动力,就像是被动的掉下来一样,速度很高,与大气剧烈摩擦产生能量,温度上升,不过返回舱表面有一层厚厚的固态降温材料,摩擦产生的温度就会被其直接升华吸收一部分

秦皇岛市13684698296： 长征二号f运载火箭怎么返回 - ？
百媛格列： 运载火箭是一次性的,不能返回,在发射过程中逐级坠入大气层燃烧,只有第一级可能会因燃烧不完全会落到地面. 如果火箭搭载的有卫星、宇宙飞船、返回舱等,只有搭载的部分可以返回.分会的部分自己带有动力装置、减速伞,可以在太空中变轨,软着陆时减速.

秦皇岛市13684698296： 运载火箭发射时,尾喷口为什么会喷出长长的火焰?是不是燃料不完全燃 ？
百媛格列： 不是燃烧不完全,而是火箭发动机的燃烧喷射速率太高了,燃烧到喷射是一个无法想象的高速度,所以从外面看上去,貌似跟燃烧不完全差不多. 其实,火箭发动机是非常注重燃烧效率的,因为它的性能直接取决于发动机能否正常完成工作,每1千克的有效载荷也取决于火箭发动机的功耗比. 简单点解释的话,就是速度造成的错觉.