【菜科解读】

飞船，是人类智慧的结晶，是探索宇宙的工具，是承载梦想的桥梁。

自二十世纪70年代，我们成功实现登月载人飞行之后，飞船就成为人类触摸宇宙的“第一手资料”，50年间仅我国就发射了12艘载人飞船，并在飞行过程中将宇航员们完好无损的带回家。

Tips：宇宙Universe，在物理意义上被定义为所有的空间和时间（统称为时空）及其内涵，包括各种形式的所有能量。

但是在探索宇宙的过程中，飞行意外时有发生，其中较常见的是返回时的坠毁。

2003年美国“哥伦比亚”号航天飞机，就在返回地球时，在空中爆炸解体了。

此外还有许多的卫星和火箭的残骸在返回大气层时，也发生了燃烧解体事件。

为什么这些飞船、火箭在发射穿越大气层时没有燃烧，却在返回时燃烧爆炸了呢？二者都有摩擦力，为什么独独在返程时燃烧，这是什么原理呢？

飞船出发时为何没有燃烧

目前世界各国的载人飞船都是有火箭运载发射，比如我们的神舟12号载人飞船就是通过长征2号F遥十二运载火箭。

因此我们讲飞船出发就是讲的火箭出发。

那么要搞懂这个问题，就要知道火箭发射的原理。

Tips：火箭自身携带全部推进剂，不依赖外界工质产生推力，可以在稠密大气层内，也可以在稠密大气层外飞行，是实现航天飞行的运载工具。

火箭起源于我国宋代，早期是放烟花的娱乐工具，到明代成为武器，到清朝被摒弃。

现代火箭来源于，苏联数学老师康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，他在著作中详细描述了用火箭探索宇宙的可能性，并提出可以用液氧和液氢作为火箭的推进剂，还研究出了齐奥尔科夫斯基火箭推进公式，是火箭研究事业的领航人。

二战时期是火箭事业的野蛮生长期，这一阶段火箭的设计得到了完善，并为宇宙探索打下基础。

冷战时期的太空竞赛，是火箭的大发展阶段，这一时期火箭开始承担航天运输任务。

Tips：康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，1857年9月17日—1935年9月19日，现代宇宙航行学的奠基人，被称为航天之父。

火箭，简单说就是一种推进器，利用燃烧推进剂产生的巨大推力升空。

因为地球上存在万有引力，不论扔什么东西上去，都会在引力的作用下垂直下落。

而要摆脱引力飞出地球，就需要足够大的速度。

火箭想要摆脱引力升空，它的速度必须要超过第一宇宙速度（7.9km/s），因此就要求火箭的燃料能产生足够强大的推动力。

Tips：引力Gravitation，即任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力，自然界中最普遍的力，简称引力。

当火箭点燃发射升空之后，因为有引力的束缚因此速度较慢，因此即使与空气发生摩擦也不会发生燃烧。

之后速度慢慢加快，但是因为火箭是垂直发射，穿过大气层的时间较快并且大气的温度较低，所以即使速度快，也能在燃烧之前就冲出大气层进入宇宙，而宇宙是真空环境，故而不存在摩擦反应，就不会燃烧。

同时，火箭还有整流罩的保护，整流罩就是火箭头部的钢铁外衣，耐高温性极强。

因此火箭在起飞穿越大气层时，才没有发生燃烧爆炸事件。

那么为什么返回时火箭又发生了燃烧呢？

返回时燃烧的原因

与出发时相比，回来的飞船是“轻装上阵”，虽然没有那么重了，但是“上山容易，下山难”，飞船的返回过程可比发射复杂得多。

首先它们要以宇宙第一速度的速度进入大气层，之后利用缓冲火箭和面积大约在一千多的巨大降落伞减速，最后飞船的返回舱以大约3.5米/秒的速度着陆。

Tips：降落伞是利用空气阻力原理，依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器。

现代的降落伞是人或物从空中安全降落到地面的一种航空工具。

但是在刚刚进入大气层的时候，返回舱的速度非常快大约能达到11公里/秒，因此其外壳会与大气层发生激烈的摩擦，产生大量的热量，这个过程叫做“气动加热”。

在离地面80到40公里的稠密大气层时，气动加热过程达到最高点，返回仓表面温度达到1000到3000度，整个返回舱看起来就像一颗着火的流星。

因此超高的速度是燃烧的原因之一。

没有整流罩的保护。

在飞船随火箭飞出大气层时，即使最后的速度比较快也因为有整流罩的保护而顺利通过。

但是当火箭飞出大气层后，这件钢铁保护服就完成使命，分成两半脱离飞船了。

因此在回城时，失去整流罩的返回舱只能依靠自身外层的防火涂层来防火，而卫星之类的天体返回时却什么保护都没有，因此在进入大气层后，发生剧烈的摩擦，导致变成“火流星”。

Tips：整流罩用于保护卫星及其它有效载荷，以防止卫星受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响，是运载火箭的重要组成部分。

飞行路径。

因为返回舱进入大气层的速度在引力的作用下一直在增加，如果不减速的话返回舱就会像一颗陨石一样撞向地球。

因此为了减速返回舱的路径就要发生变化，以一个弧形或者阶梯型的路径飞行，这样在大气层中逗留的时间更长，可以利用大气层的摩擦力减缓飞船的速度。

但是在大气层中逗留的时间更长摩擦更强烈，就更容易发生燃烧事件。

反之，火箭发射时，为了快速飞出大气层，使用的是垂直发射，速度即低又与大气接触时间短，因此没有燃烧的隐患。

Tips：大气层又称大气圈，是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地，大气圈没有确切的上界。

环境不同。

发射时因为地球的引力束缚，飞船的速度只能一点点地加快，因为穿过大气层的速度差不多在第一宇宙速度附近。

而返回时初始速度较好，然后在宇宙中真空环境下速度一直增加，进入大气层后压缩空气并与之发生剧烈摩擦。

因此出现燃烧。

Tips：第一宇宙速度的是7.9km/s，它是指让航天器可以环绕地球所需要的最小发射速度，此概念由牛顿提出。

以上就是，飞船为什么会在返回时发生燃烧坠毁事件的原因。

但是现实中这样的意外事故是极为罕见的，因为我们的返回舱都是利用隔热材料制作。

因此，返回舱足够安全，不必担忧宇航员的安危。

那么这些“避火衣”是如何防火的呢？

飞船的“避火衣”

由于返回舱里搭乘着宇航员，为了保证他们的生命安全，所以航天设计师们为它精心设计了一件“避火衣”，由瞬时高分子耐高温材料制成的低导热复合材料。

当飞船经过大气层时，这件神奇的避火衣遇见高温就会主动燃烧，利用有机物的燃烧带走大量热量，同时还形成一层碳化薄膜紧紧粘在返回舱表面，具有良好的隔热性能，防止高温侵入舱内。

Tips：飞船一般指宇宙飞船。

宇宙飞船spaceship，是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的航天器。

此外，还可以利用导热性能好、熔点高、热容量大的钛合金等复合金属材料制作“避火衣”。

这些材料吸热性好，能够在大气层的气动加热过程中吸收大量的热量，将其储存在外层中，保护舱体不受高温腐蚀。

另外，还可以给舱体涂抹隔热涂料防止燃烧。

不过因为这些“避火服”的制造，需要强大的材料科学应用能力，因此许多国家即使有财力发射飞船也没有实力成功返回，这也是为什么如今的世界上只要我国、美国、俄罗斯三国有发射航天载人飞船的原因。

Tips：隔热服也叫热防护服，是重要的个体防护装备，指在接触火焰及炙热物体后能阻止本身被点燃、有焰燃烧和阴燃，保护人体不受各种伤害的防护服。

强大的科研能力是我国在星际科考中占上风的坚实后盾，而支撑科研实力的是强大的国力，国家的富强，才有我们在航天领域的辉煌。

地球磁场减弱：太阳风粒子侵入大气层

　　这一保护层便是地球的磁层，它从地球表面向外延伸至数千公里的地方，有效阻挡有害宇宙射线的侵袭，并对我们生活的方方面面——从全球通讯到天气模式构成影响。

　　欧洲空间局(ESA)执行的"SWARM"项目旨在对地球磁层发生的变化进行监测。

在轨运行一年之后，该项目收集的数据正让我们得以一窥这一地球保护层正在发生的细微变化。

　　SWARM项目数据的初步分析结果将在6月22日~7月2日在捷克布拉格召开的国际大地测量学与地球物理学联合会大会上正式对外发布。

　　欧空局的SWARM卫星极化旨在对地球磁层的变化开展探测。

在轨运行一年之后，项目得到了初步结果。

图像显示的是根据SWARM项目数据构建的地壳(底部)和地核(中心)的磁场模型　　鲁尼·弗莱博哈根(Rune Floberghagen)是SWARM项目主管，他表示："这些结果显示，所有为了使SWARM成为有史以来最好的天基磁层监测项目而付出的努力都得到了回报。

"　　SWARM项目的主要任务是测量并分析来自地核，地幔，地壳，海洋，电离层以及磁层所产生的不同磁信号。

　　该计划预计将持续4年时间，将可以提供不同层面的自然过程，从地球深层内部到太阳活动与空间天气的各类观测信息，目前该项目还剩余3年的在轨运行时间。

　　整个项目一共包括3颗完全相同的卫星，但为了改善项目的空间与时间分辨率，它们各自的轨道存在差异，并且还会在任务期间进行变轨。

　　保护地球的一层保护罩正在减弱，从而让有害的太阳风粒子可以侵入地球大气层　　SWARM是首个利用"磁力梯度"开展探测的项目，其做法是将两颗卫星并排放置在相距仅100公里的轨道上协同运行。

　　减弱的地球磁层意味着一旦发生太阳活动，将出现更加强烈的极光现象　　这样做将能够对源自地壳内磁性岩石产生的磁信号细节进行观测。

　　来自丹麦"DTU 航天"的尼尔斯·奥尔森(Nils Olsen)表示："我们对于该项目得到的初步结果感到非常满意。

这不仅是因为该项目验证了磁力梯度概念的可行性，它们还证明了我们的卫星在磁场信号测量方面具备的高度精确性。

" 　　SWARM卫星星座也让科学家们能够更加容易地对由地核产生的地球主磁场开展观测，这一强大的磁场保护着我们，阻挡有害的宇宙射线侵入地球大气层。

　　地球高层大气，电离层与磁层，它们构成一个紧密联系且相互作用的系统。

SWARM项目旨在加深科学家们对于近地电流系统与过程的理解　　SWARM项目主要提出人之一的高瑟·霍罗特(Gauthier Hulot)表示："我们地球的磁场主要是由地球的外核所产生的。

" 　　地球磁层从地球表面向外延伸至数千公里的地方，有效阻挡有害宇宙射线的侵袭　　他说："SWARM项目的探测结果对地球磁场的细节进行了监测并发现它正在减弱，这将削弱我们拥有的保护层。

最终，我们将有能力对地球磁场未来十年内的变化做出预测。

"

木星大红斑释放未知能量 加热上层大气层

据悉，木星与太阳之间的距离是对地球与太阳之间的距离的五倍，但是在木星的一些位置却有着和地球同样的温度，甚至一些特殊的位置散发着以外的高温，而这一切都有可能因为大红斑。

　　木星大红斑是木星表面的特征性标志，是木星上最大的风暴气旋，长约25000千米，上下跨度12000千米，每6个地球日按逆时针方向旋转一周，经常卷起高达8千米的云塔。

自从17世纪天文学家首次观测到此风暴，大红斑至少已存在200到350年。

它已经改变了颜色和形状，但却从来没有完全消失过。

　　风暴上方湍急的气流形成了重力波和声波。

科学家认为，风暴上方500英里(约合805公里)处的上层大气层被加热，也被认为是这两种波"碰撞"的结果。

　　两极地区的明亮区域是极光辐射形成的，而中低纬地区则是被加强了亮度以增强可见性。

大红斑辐射则在中纬度也可以观测到。

　　木星可见光环之上的高空出现不同寻常的高温，这种现象可能并非太阳系独有的。

　　照射到地球上的有效太阳光线可以加热陆地上空大气层，其热量甚至会影响到250英里(约合402公里)外的太空，比如国际空间站轨道。

木星与太阳的距离虽然要五倍于地球，但它的上层大气层仍然有温度，而且平均温度相当于地球大气层相应层次的温度。

虽然许多科学家一直在致力于研究太阳系外层空间，但他们对这种可以提供额外热量的非太阳能的能量来源仍然感到迷惑不解。

　　该研究项目主要负责人、美国波士顿大学太空物理研究中心科学家詹姆斯-奥多诺休介绍说，"我们首先排除从上方加热的太阳能，然后通过观测绘制出整个行星上空的热量分布，从而寻找任何温度异常现象，或许可以从中找到这种能量来源的线索。

"通过观测行星所释放出的非可见的红外线，天文学家可以测量出该行星的温度。

我们所看到的木星可见云层顶部大约位于木星上空30英里(约合48公里)处，而波士顿大学研究团队所测量到的红外线却比这一高度高出500英里(约合805公里)。

研究人员发现，如此高的高空，其温度却比预像中要高出许多。

　　奥多诺休介绍说，"我们马上发现，高空中的最高温度区域恰恰位于大红斑上空。

这或许就是一个重要的线索。

"木星大红斑是太阳系的奇迹之一。

大红斑发现于17世纪伽利略发明望远镜不久后的几年内。

　　大红斑是由有色气体形成的旋涡状图案，它也被称为"永久性飓风"。

在过去数世纪中，大红斑的大小和颜色经常发生变化，其跨度相当于三个地球直径的长度，根据其旋转速度，涡状气流约6天旋转一周。

木星本身自转速度很快，只需要10个小时即可完成一次自转。

研究团队成员、波士顿大学太空物理研究中心科学家卢克-摩尔博士认为，"大红斑可能就是极好的能量来源，可以加热木星上层大气层。

但是，我们还没有确切的证据证明它能够对高海拔空间的大气层产生实际影响。

"　　对于如何解决遥远的行星的能量危机问题，科学家或许可以从太阳系内找到线索。

研究人员指出，木星可见光环之上的高空出现不同寻常的高温，这种现象可能并非太阳系独有的。

不仅仅太阳系内的土星、天王星和海王星存在这种现象，也许在太阳系外的所有巨型系外行星都存在这种现象。

　　看来在宇宙星系中太阳并不是温度或者说热度的唯一来源，而不同寻常的高温也不止出现在一个星球上，这些问题都是值得探寻的，很有可能这就隐藏着宇宙中不为人知的秘密。