惊心动魄!神十八返回进黑障区温度高达2000℃,为何却安然无恙?

科普观ScienceView 2024-11-11 13:45:56

神舟十八号返回过程看似顺利,但背后却暗藏凶险。

尤其是返回舱进入黑障区后,表面温度更是达到了惊人的2000℃,这么高的温度下连钢铁都能被炼化烧熔。

黑障区返回舱表面温度达2000℃

航天员朱杨柱直接戏称,返航过程如同坐在四季如春的炼丹炉里……

朱杨柱:一路火花带闪电,犹坐四季如春的炼丹炉

那么,神舟十八号返回进入黑障区,表面温度这么高,航天员在舱内为何感觉不到热?他们是如何安然无恙返回地球的?

黑障区内返回舱表面温度为什么这么高?

这里大川有必要先带大家了解下,返回舱进入黑障区后,表面温度为什么会变得这么高。

说起来,这个问题其实也非常简单,基本原理就是一个摩擦生热的原理,这是最基础的物理学常识。

返回舱从太空返回地球,要想被地球的引力俘获重新回到地面,速度必须要做到非常快,这时候返回舱进入大气层,就会与大气层内的空气分子产生强烈摩擦,虽然是空气分子,但与返回舱表明强烈摩擦,同样也会产生极高的热量。

尤其到了大气层气体分子稠密的部分区域,这样的摩擦会更加强烈,摩擦产生的热量也就能使得返回舱的表面温度,一度达到惊人的2000℃了……

返回舱进入黑障区

基于这样的原理,针对报废卫星、空间站废弃物和太空垃圾等的处理,也会选择直接让它们坠入大气层,在大气层内燃烧殆尽。

最典型的就是我国完成任务的天舟货运舱了。

天舟货运舱的使命就是,从地球上往天宫空间站输送航天员必须的生活物资,以及其它资源,同时它还兼具着回收垃圾、废物等的作用。

天舟货运舱内部

航天员在空间站生活的过程中,所产生的所有垃圾,包括排泄物在内,最后都会统一收集,放置到天舟货运舱在内。

值得一提的是,航天员最后报废的价值3000万的舱外航天服,同样也是被打包收进天舟货运舱,等待最后处理的。

当天舟货运舱送完物资、装满需要处理的废弃物后,就会启动程序跟空间站脱离,并进入大气层,在与大气内空气分子的强烈摩擦下,连同舱内的一切废弃物一起烧成灰烬。

天舟货运舱完成任务后就会坠入大气烧毁

返回舱是如何扛过2000℃高温的?

再回到正题。

那么,既然返回舱进入黑障区表面温度这么高,那它是如何保证不被烧坏,保证里面航天员生命安全的呢?

黑障区

这其实主要跟返回舱表面的材料有关。

如果你仔细观察刚返回地面的返回舱表面,你就会发现一个比较有意思的现象,返回舱的侧面和底部,往往都会出现被烧黑烧糊的痕迹,这其实就是经历黑障区高温灼烧的结果,而在烧黑烧糊的区域,你再仔细看,则能看出隐约的像是蜂窝一样的结构。

这种蜂窝状结构,其实就是返回舱能够抵御这种极端高温的核心材料……

神舟十八号返回舱

蜂窝状结构里,添加了多种特殊新型复合材料,包括增强纤维、酚醛空心微球,以及玻璃空心微球等在内,这些复合材料在极端高温下,能够起到极强的隔热作用。

材料烧蚀过程示意图

不仅如此,在蜂窝状结构外面,还涂有一层特殊的散热涂层,这层散热涂层能够做到在高温下,直接从固态升华变为气态。

在中学物理学里我们都学到过,固体升华的过程中,是会吸收大量热量的,就比如干冰,干冰就是固体二氧化碳,在常温下,它就能升华变成二氧化碳气体,这个过程就能做到大量吸收热量。

散热涂层吸收大量热量后,剩余的热量被蜂窝状结构内的特殊材料再度进行分解,这时候热量也就无法被传到返回舱内部了。

清晰可见蜂窝状结构

有了这层散热涂层的存在,返回舱面对极端高温的环境,也就相当于上了双重保险。

别说是黑障区内2000℃左右的高温了,在理论上,就算是3000℃高温,也同样不会对返回舱构成威胁。

写在最后

说起来,神舟系列飞船返回舱的安全返回,不仅离不开航天科技的各位工作者们,同样也离不开致力于材料学研究的科学家们。

如果没有他们研究的新型材料,返回舱返回的过程中,也就不可能这么顺利了,就单是极端的高温,也足以将整个返回舱当成炼丹炉给炼化了……

因此,看到神舟十八号顺利返回,我们也有必要为那些,致力于其它领域研究的科研工作者们点个赞。

毕竟航太不单是航天这一门学问,而是集合了所有学问的一门“大学问”。

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