为什么火箭上了天空还能返回自己的国家

Answer 1

飞船返回地面要经历一系列复杂的过程，需要应对与大气高速摩擦产生的高温和振动等一系列问题。
“神舟”飞船在轨道上运行的速度高达7.9千米/秒，要想进入大气层，首先要做的就是制动：制动发动机开始工作，使飞船的轨道高度不断降低，降低到一定高度后，飞船调姿，进入返回姿态，然后返回舱与轨道舱、推进舱分离，开始进入大气层。
飞船的减速过程和进入大气层的轨道是经过精确计算的，要求非常精确，必须在特定高度以合适的“再入角”进入大气层。
如果再入角过陡，会导致返回舱进入大气层的速度过快，发生剧烈摩擦而烧毁；如果再入角过于平缓，又会像打水漂的瓦片一样被大气层“弹”回外层空间，很可能再也无法返回地面。
1965年，首次实现太空行走的苏联航天员列昂诺夫在返航时，就险些错过最佳再入角，幸好及时调整到位，避免了危险。
你一定看到过闪光的流星划过夜空吧！流星之所以闪光，是因为它以很大的角度高速飞入大气层时，和空气摩擦生热而燃烧起来。
同样的道理，当飞船进入大气层时，其速度仍达几千米每秒。
与越来越稠密的大气层摩擦，会使得飞船外壳的温度达到1000℃以上，普通材料难以承受这样的高温。
为了解决这个问题，载人飞船的设计师采取了一系列措施。
1920年，航天先驱戈达德就提出了双层隔热板的概念。
他认为“返回物的表面覆盖一层抗高温(不易变质及难熔化)的物质后盖上一层不太导热的耐高温物质，这样返回物的表面就不会受到太多的侵蚀”。
比如，航天飞机机身各处就根据所处环境的不同，配置了4种防热瓦，保护机身温度不致太高。
“神舟”系列飞船和俄罗斯的“联盟”系列飞船都是一次性飞船，它们采用的是在返回舱的表面涂上特殊烧蚀材料做成防热层的方法。
防热层用的是高分子材料，能在短时间内耐高温。
“神舟”飞船采用的是石棉、玻璃与酚醛掺和形成的复合材料，其返回舱表面积有22.4平方米，防热材料总质量约500千克。
飞船进入大气层时，防热层表面部分在热流作用下会发生分解、熔化、蒸发、升华等物理和化学变化，带走大量的热，以减少传入飞行器内部的热流。
多种防热层可以使返回舱内部最高温度不超过30℃，从而保证航天员平安穿过大气层。
控制着陆速度是载人飞船安全回家面对的又一难题。
一些科幻电影里陨石撞击地球的场面大家都看过，陨石以极快的速度撞击到地球表面，往往会砸出特别深的一个坑。飞船到了距离地面10千米左右高空时，速度虽然已经降到330米/秒以下，但以这样的速度与地面撞击，飞船和航天员还是承受不了的。
怎么办呢你一定想到了：采用降落伞。
“神舟”飞船是“打着3把伞”回家的，它们分别是引导伞、减速伞和主伞。
为什么要设计这么多的伞而不是只有一个主伞呢了避免“刹车”太急，速度降得太快，产生过高的过载，航天员受不了。
返回舱上的静压高度控制器会通过测量大气压力判断高度，自动弹开伞舱盖，3把伞渐次打开，将飞船的速度逐步降下来。
“神舟”飞船返回舱的主伞面积有1200平方米，打开后返回舱的降落速度会降到8～10米/秒。
即使这样，“神舟”飞船返回舱在着地时，所产生的冲击力还可能使航天员的脊柱受损。
这时就要靠飞船的另一个法宝了。它就是安装在返回舱底部的4台着陆反推火箭。
它们会在飞船马上要降落到地面时点火工作，再给返回舱一些向上的推力，使得返回舱落地的速度不超过2米/秒。
为了确保航天员的安全，航天员座椅安装了缓冲装置，还量身定做了缓冲坐垫。
有了上述“十八般武艺”，就可以保证返回舱和航天员一起顺利从太空安全返回地球了。
航天器在轨道上的运动是在有心力场作用下基本上按天体力学规律的运动。
改变运动速度可使航天器脱离原来的运行轨道转入另一条轨道。若速度的变化使航天器转入一条飞向地球并能进入大气层的轨道，便有可能实现返回。航天器是应用变轨原理迈出返航第一步的。
航天器返回时重新进入地球大气层，称为再入。能够耐受再入飞行环境的航天器又称为再入航天器。再入航天器和再入弹头统称再入体。
通常取80～120公里为开始再入的高度。航天器在这一高度上的速度叫再入速度。
速度方向与当地水平方向的夹角叫再入角。
航天器从环地轨道返回的再入速度在8公里/秒左右（视轨道高度而定）,从月球返回的再入速度接近11公里/秒，从行星返回的再入速度为13～21公里/秒（视具体行星而定）。
再入航天器进入大气层后受到空气阻力 (D)的作用，其方向与速度方向相反，大小与大气密度 (ρ)、飞行速度(V)的平方以及表示再入体形状特征的阻力面积(CDA)成正比, 。
地球大气虽然稀薄（尤其是高层大气），但如果再入体有较大的阻力面积，气动阻力所产生的减速仍足以将其速度大大减小。
至今再入航天器都是利用地球大气层这一天然条件，应用气动减速原理实现地面安全着陆的。
大气减速会使再入航天器内人员和设备受到制动过载的作用。
保证制动过载不超过人体或设备所能耐受的限度，也是实现返回的必要条件。
大气减速还使再入航天器受到加热。
当再入航天器以极高的速度穿过大气层时，由于对前方空气的猛烈压缩和与之摩擦，航天器的速度急剧减小，它的一部分动能转变为周围空气的热能。
这种热能又以对流传热和激波辐射传热两种形式部分地传给航天器本身,使航天器表面温度急剧升高,形成气动加热。
从月球或行星返回的航天器具有更大的能量，气动加热就更为严重。
保持航天器一定的结构外形和防止乘员座舱过热是实现返回的一个重要的技术关键。