天宮一號為什麼進入大氣後會燒毀,而宇航員乘坐的返回艙經歷大氣摩擦卻安然無恙?
天宮一號,包括之前的和平號空間站,似乎在進入大氣後還沒落到地面就燒得差不多了,不用太擔心砸到人的問題,可經歷同樣過程的載人返回艙卻能安然無恙,這是為什麼?僅僅是因為外面多了一層隔熱的防護材料么?
航天器繞地球約第一宇宙速度(7.8km/s)運行,返回地球則需要速度降為0,以較高的速度返回時,與大氣的劇烈摩擦會減速同時產生氣動熱,航天器將被高達數千至數萬度的熱流包圍,不採取合適的措施,肯定都會燒毀。
解決方法有兩步:(1)設計合理的氣動外形,減少氣動加熱;(2)採用防熱結構。
對於第一條,理論推到給出的結論是:返回艙表面的熱流密度與外表面曲率半徑的平方根成反比,於是為了減小氣動加熱,航天器返回艙一般都是大鈍頭,有較大的曲率半徑來降低氣動加熱的熱流密度。
僅僅通過氣動外形的設計還遠遠不能保證航天器的安全返回,於是還得加上第二條防熱結構的設計。
主要的防熱結構有三種形式,熱容吸熱防熱、輻射防熱和燒蝕防熱。
熱容吸熱原理就是航天器表面包覆一層熱容量較大的材料,再通俗一點就是航天器穿了一層可以吸收存儲大量熱的外套。以此直接傳到航天器的熱量就會大大降低。這種方法可以重複使用,但是只適用時間短,熱流密度不太大的情況,否則防熱層會太厚重。熱容吸熱效率不高但是簡單易行,早期的導彈與飛船多採用這種方式。
輻射吸熱其原理是在隔熱層的外表面塗藍黑高輻射陶瓷漆,內表面塗鍍金,這樣向外輻射係數大而向內小,保證熱流盡量向外空間輻射而大大降低向內輻射和傳導的熱量。這種防熱形式不受時間限制,防熱結構不會變形可重複使用,對太空梭這種要求機動飛行同時又要重複使用的航天器非常適用。太空梭上貼的防熱瓦就是這種原理。但是這種方式對於熱流密度忍耐能力較低。
最後是燒蝕防熱。燒蝕是航天器表面的防熱層在再入的過程中發生一系列的理化反應的總稱,在燒蝕過程中,通過材料質量的損耗,獲得了吸收氣動熱的效果。整個燒蝕過程中,防熱層經歷從原始材料到熱解狀態再到炭化狀態的過程,但是最內部航天器承受到的熱流會大大降低。典型代表有美帝的「水星」、「阿波羅」,中國返回式衛星還有「神舟」飛船。
綜上,航天器高速返回地球氣動加熱產生的熱流很高,不採取措施都會被燒毀。採用合理的氣動外形設計以及合適的防熱結構才可以保證航天器在現有材料技術下安全返回……
最後……手機碼字真特么累樓上基本都說明白了,返回艙用的是結構強度最優的設計,同時還覆蓋燒蝕層氣化蒸發卸掉一部分熱量
這一個可以看《星空清理者》中 小小的心愿 那一集
不光有很厚的防燒蝕層
還有結構強度啊
天宮一號,是在軌道上用的,結構強度低很多。進入大氣候,幾次變化,就得解體,解體後,阻力更大,更容易燒蝕掉
還有外形,天宮一號,是在軌道上用的,不用考慮空氣阻力的,所以,支支丫丫的很多,進入大氣層後,阻力很大……
這個"僅僅"是很折騰人的。
太空梭失事,就因為隔熱層破損。後來甚至加入了返回前必須繞一下國際空間站,讓空間站上的宇航員幫忙看看有沒有破損的程序…
神州七號返回艙最外側那一層不是保溫的材料、那是一種跟泥巴一樣的物質,它主要的作用時在進入大氣層時候,高溫下迅速揮發、同時降低飛行器表面的溫度,從而保護飛行器的金屬部分及內部人員安全。不載人飛行器進入大氣層直接是金屬部分與大氣摩擦而燃燒殆盡。我本科畢業設計就在運載火箭研究院、摸了摸當時返回艙外殼上的泥巴狀物質、土黃色,厚度大概三四個厘米
樓上說的都對,燒蝕層和結構設計
並且返回倉還進行了氣動外形設計,沒有太陽能帆板等。。。還進行了軌道設計。。保證阻力不太大(太大會燒毀),不太小(太小末端速度太快)
用途不同,結構不同。
為什麼普通衣服一遇到火就燒著了,而消防服卻能在火場不燃燒?
推薦閱讀: