近日，神舟十八號順利返航。三名宇航員都平安抵達了自己的故鄉(xiāng)，讓不少人懸著的心都放了下來。

不過，看著返航后神舟十八號后幾乎燒焦的艙體，讓人不禁懷疑，這和發(fā)射時那個潔白如新的飛船，是同一艘飛船嗎？為什么神舟十八號返回時外殼會被燒黑成這種狀態(tài)？發(fā)射時又是為什么不會被燒黑呢？

天火焚燒的返回艙

要想弄清楚神舟十八號為何會被燒得如此焦黑，就必須先明白它是如何返回地球的。其實環(huán)繞地球的物體，都必須有一個額定速度。保持這個速度后，在地球的引力作用下，神州十八號就能按照這個速度繞地球做環(huán)繞速度。

如果要提升到更高的軌道，就必須要增大自己的速度；反之要做到降低自己的軌道，就需要減緩自己的軌道。神舟十八號要想從太空中返回地球，首先要做到的，就是在太空軌道上減速。

而隨著速度降低，神舟十八號被地球重力重新捕獲，便開始向地球下墜，也就開始了返回過程。可別小看這個下墜的過程難度，由于地球是不斷轉動的，且自轉速度十分快，要想做到精確著陸到指定地點，其背后是復雜且龐大的計算。

而即便減速了，神舟十八號在返回過程中仍然具有巨大的速度。以初入大氣層時為例，此時的的神舟十八號下落速度和第一宇宙速度近似，也即7.9km/s。

眾所周知，物體在與另一個物體接觸，并發(fā)生摩擦時，將會產(chǎn)生熱能。可別看神舟十八號返回的途中都是空無一物的天空，要知道，在地球上可是有一種東西無處不在的，那就是空氣。在速度足夠大的時候，空氣也會形成一種巨大的阻力。

在神舟十八號和空氣接觸并減速的時候，高速之下和空氣摩擦，產(chǎn)生了大量的熱能，這種熱能便是導致其外殼焦黑的主要原因。不僅如此，高速甚至能導致空氣中的部分分子離子化，進而形成肉眼可見的火光。

可以說，神舟十八號的外殼之所以會如此焦黑，是因為它確確實實地從天火中走了一遭！焦黑的外殼都是在空氣的摩擦之下，高溫所導致的船體表面焦灼。

不過這又有新的問題了，神舟十八號返回時的速度，是要慢于發(fā)射時候的速度的，那為什么發(fā)射時的神舟十八號艙體，幾乎保持了潔凈如新呢？

這就要讓我們來看看神舟十八號的發(fā)射過程了。與大部分載人航天飛船發(fā)射過程一樣，神舟十八號的發(fā)射中也采用了分體式運載火箭的設計。也即在發(fā)射過程中，火箭會逐級分離，并在到達指定高度后，再讓神舟十八號進入軌道航行。

這就意味著，其實在上升過程中，神舟十八號并沒有直接暴露在大氣層中，而是在多級火箭助推器的保護之下。而在返回過程中，神舟十八號是直接與空氣接觸到，這也使得與空氣有了更多的摩擦。

還有一個非常重要的原因，那就是因為在神舟十八號，上升過程中，速度確實遠大于返回過程，單位時間內摩擦產(chǎn)生的熱量確實更大。

但是由于其上升速度過快，與空氣摩擦的時間其實非常短暫。加之極快的速度進入真空的宇宙地帶，那么與空氣的摩擦也將不再繼續(xù)，故而其產(chǎn)生熱量的時間更短，對船體的灼燒程度也就沒那么明顯了。

返回艙背后的科學奇跡

可別看宇宙飛船的返回過程看起來這么輕松簡單，但是其背后所蘊含的技術，不管是哪一項都需要各行各業(yè)的人才匯聚在一起，才能實現(xiàn)的。

就拿返回地點計算來說吧，別看我們這次神舟十八號和往常一樣，順利的到達了東風著落場，但是在這背后也是無數(shù)科學家付出了無數(shù)努力，才能達成的結果。

因為地球是不斷運轉的，且速度極高，達到了每小時1667公里。宇宙飛船要從環(huán)繞軌道減速落入地球，就意味著其下落的橫向速度與地球自轉速度的差值，要到達一個恰到好處的區(qū)間，這樣才能保證剛好準確地著陸在預定地點。

然而光有計算還是不夠的，因為計算出來的結果，還需要考慮到地球上的風力以及不同地區(qū)重力的影響。這些影響在地球自轉和飛船高速下落兩個龐大的數(shù)字面前，將會被無限地放大。

讓飛船準確的下落到著陸場，這背后復雜的計算展現(xiàn)了這個國家超級計算機的水平，而整合氣候、地理等多方面因素的影響，又體現(xiàn)了這個國家科學體系建設的完善。

前文也提到了，飛船在返回過程中會劇烈放熱。據(jù)計算，在神舟飛船返回地球的途中，由于與空氣劇烈摩擦，其外部溫度足以到達1000攝氏度以上！這種高溫甚至能融化人造飛行器的大多數(shù)部件。各國報廢衛(wèi)星的一個手段，就是讓它們在下落大氣層的過程中被焚燒殆盡。

這種高溫如果直接作用到生物身上，那么將沒有一個生物能在此高溫下幸免。因而如何在返回過程中保證宇航員的生命安全，成為了宇宙飛船在設計之初就必須考慮的問題。

我國的神舟系列飛船在設計的時候，其返回艙艙體都采用了一種特殊的耐燃阻燃隔熱材料。即便艙外溫度高達1000攝氏度以上，艙體內部溫度都不會超過30攝氏度。

而除了采用特殊隔熱材料外，神舟十八號還有一個降溫絕招，那就是通過泄漏一部分冷凝水，形成一層蒸汽薄膜，進而隔絕高溫的目的。這是因為液態(tài)水在短時間遇到高溫時，會立刻形成一片致密的水蒸氣膜，進而阻攔膜內溫度進一步上升。

可以說在保護返回艙內的宇航員上，又集成了我國最尖端的材料學和物理學設計。而返回艙如何減速，也是一個大問題。

根據(jù)動能公式計算，重量數(shù)噸、進入大氣層速度遠超音速的神舟十八號，如果未經(jīng)減速撞擊到地面，其產(chǎn)生的威力將不會亞于任何一枚現(xiàn)代航空炸彈。別說是返回艙內的宇航員了，就算是其著落地點都會經(jīng)歷一場災難。

為了讓返回艙以安全的速度抵達地面，我們的科學家和設計師做了多方面的準備。首先是在飛船的造型設計上。在上升過程中，飛船的整體形狀呈流線型，這樣的結構整體上能減少空氣阻力，進而有助于飛船快速上升。

而在返回過程中，飛船將以較大的下端進入大氣層，加大與空氣的接觸面積，這樣使得在與空氣的摩擦過程中，飛船會損失更多的動能，進而達到了減速的目的。

而除了通過造形結構減速外，為了保障下落過程中飛船不發(fā)生旋轉，返回艙還設有多個姿態(tài)控制噴口。這些噴口能夠通過噴出氣體，使得飛船在返回途中能微調自身姿態(tài)，以更好的保證減速過程順利。

而到了離地面最后一段距離，飛船將打開準備好的降落傘，完成最終減速，并順利返回地面。自神舟五號以來，我國載人航天飛船返回從未有過任何失利，這足以證明了我國在航天領域，足以稱得上是世界一流水平。

艱難的載人航空返回史

不過我國航空事業(yè)能如此迅速的發(fā)展，除開我國航天工作人員的不斷努力外，更是因為我們站在了巨人的肩膀之上。在我國宇航員順利返回的背后，也濃縮了人類的宇宙飛船返回史。

在最初的人類航空探索階段，加加林在從太空返回地球的時候就向蘇聯(lián)航空局表示，自己感受到了難以忍受的高溫。

不過當時蘇聯(lián)航空局并沒有加以重視，他們只是覺得航天器的材料和宇航服還有改進的空間，并沒有考慮到潛在的燃燒危險。

1967年，蘇聯(lián)宇航員科馬洛夫，成為了人類史上第一名遇難的航天員。而造成他犧牲的根本原因，就是在其返回過程中，高溫透過返回艙的外殼，熔斷了其降落傘的繩索結構，導致降落傘無法正常打開。

在著落的劇烈沖擊之中，科馬洛夫的軀體隨著著落艙化為了無數(shù)碎片。而即便是進入了21世紀，因為返回而犧牲的宇航員依然存在。

在2003年，NASA的哥倫比亞號航天飛機在完成任務返回地球的途中，因為錯誤的計算了當?shù)氐拇髿鈮簭姡瑢е嘛w船外殼開裂，高溫氣體涌入艙室內，導致宇航員氣化死亡。

我國神舟飛船有著如此高的安全系數(shù)，除了我國科研人員的努力之外，更離不開這些犧牲在人類航空道路上的先驅。如果沒有他們用生命為我們驗證了道路的方向，或許我們的航空之路還將更為忐忑。

結語

神舟十八號的順利返回，其背后不僅蘊含著許多有趣的科學知識，更是濃縮了我國科研實力的集大成所在。航空事業(yè)是人類共同的夢想，未來我國注定會到達更遠的天空，進而與世界分享這份屬于全人類的果實。