神舟十三号返回舱为何能经受上千摄氏度灼烧？

来源：央视新闻，综合科技日报 金属加工等

2022年4月16日，神舟十三号航天员乘组在空间站组合体工作生活了183天后，凯旋归来！这一消息刷屏朋友圈。

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返回过程中，同步点火、惯性导航、3个篮球场大小的降落伞等“黑科技”设备也顺利完成任务，护航神舟十三号航天员乘组平安“回家”。

飞船返回时为什么会燃烧

为什么飞船、火箭在发射穿越大气层时没有燃烧，却在返回时燃烧了呢？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？

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。

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快，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。

      

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80~40公里的稠密大气层时，气动加热过程达到最高点，返回舱表面温度达到1000~3000℃，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。

 

为了保护舱内航天员和各种仪器设备的安全，返回舱是做了特殊设计的。返回舱表面及底部包裹着一层厚厚的防热层，防热层由特殊的玻璃纤维与有机合成树脂复合而成的烧蚀材料制成，在返回舱和大气剧烈摩擦过程中，烧蚀材料会蒸发升华和分解，此过程将带走绝大部分热量，从而保护返回舱的安全。这也是返回舱落地后地面搜救人员能很快靠近返回舱的原因。

还有个特殊位置就是舷窗，这个特殊的部位，不仅要做到耐高温，还要达到高度密封的性能，所以返回舱的舷窗玻璃有三层，内部两层为钢化玻璃，不仅能承压，还可以对舱体进行密封，最外层是特制高温防热玻璃，为内部阻隔了绝大部分热量。

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有我国、美国、俄罗斯三国有发射航天载人飞船的原因。