为什么宇宙飞船返回地球一定要那么快?

怕瓦落地155424677

一般地说,航天器返回地球时主要分三个阶段

一是刚进大气层。此时航天器速度非常快,比第一宇宙速度稍低,但此时大气稀薄,降落伞无法正常打开。


二是航天器进入黑障区,此时大气密度上升,而航天器速度依然很快,由于压缩底部空气,动能转化成空气内能,与航天器接触的空气温度急剧上升,导致其外表面温度升高,主要是底部,航天器表面产生电离层,与外界通信中断,此时如果打开降落伞,降落伞所受瞬时作用力巨大,极大可能会撕断,只能坠毁。


三是脱离黑障区后直到着陆的阶段,此时由于前一阶段大气的摩擦阻力,速度已经大大降低,而大气密度也足够大,此时开伞既能起到减速的作用,同时航天器所受瞬时加速度也不至于太大,因而可以安全有效的降低航天器的下降速度。


起止于步

宇宙飞船返回地球要看是什么样的宇宙飞船,如果是近地轨道的那种,比如神舟、联盟等,返回地球的速度不会超过第一宇宙速度。如果是阿波罗登月飞船,那么速度可解决第二宇宙速度,这与返回的轨道有关,处于什么的轨道,对应什么样的速度。不论如何,宇宙飞船返回地球都需要反推制动。我们假设太空中有一个相对地球静止的飞船,如果它要向某个方向运动,就需要向反方向以一定的速度抛射一定质量的物体。这个物体一般是火箭发动机的燃气,我们称之为工质,由于动量守恒,飞船会获得向前的速度(动量)。

动量和冲量单位相同。所谓冲量,就是作用力效果随时间的积累。换言之,如果物体的动量发生改变,物体必然会受到力的作用。这里飞船收到的就是发动机的“推力”。如果飞船要减速、停下来,那么就需要向反方向抛射物体。这是飞船的速度会逐渐减小,直到停止。对于重返大气层的飞船,在进入返回轨道的时候就需要发动机制动,降低速度,精确控制切入大气层的角度,不然飞船就会如同水漂一样被稠密的大气层反弹出去,无法返回。在地月系内运行的宇宙飞船速度都不快,而一些掠过地球、通过其他行星引力加速的飞船,返回地球就不是这样了。

这样的探测器或者飞船还会受到各种天体的引力作用,其运动会更加复杂。比如美国宇航局的朱诺木星探测器,利用火星进行两次引力加速,第二次掠过地球的速度超过了第二宇宙速度。但是目前的飞船运动控制,基本原则还是建立在牛顿三大定律和动量守恒之上的。


川陀太空

因为航天器在地球外面“绕圈圈”的时候具有较大的能量,包括势能和动能。

如果这个航天器本来就在最低的轨道运行,那么他的最低速度就是7.9公里每秒。因为贴着地球飞,必须高于这个速度,否则离心力和重力没法保持平衡了,航天器就会掉下来。

这也是最低的进入大气层前的速度。低轨道航天器在这个速度上再减速,就可以返回地球了。当然,如果有燃料的话,可以把速度降得更低一些,但都是很快。现在的技术,还不足以让航天器不利用大气减速而安全着陆。

比如SpaceX的火箭回收,是结合利用大气减速与火箭减速,这使得人类距离实现低速往返大气更近了一步。


今后的发动机技术还有燃料有了更高的技术突破,到时可以实现慢慢进入大气的。

那么,在高轨的航天器速度比较慢,为啥回来的时候也这么快呢?

在高轨的航天器,环绕速度没这么快。比如地球同步轨道,环绕速度只需要3公里每秒。这就足以让离心与重力达到平衡,航天器在这个轨道以这个速度不会掉下来。

在这个高度减速,然后轨道变成椭圆,最低点与地球接触。那么这个最低点的速度就远大于刚才的7.9公里每秒了。可能达到10公里每秒。因为从同步轨道回到地球,重力做功很多。这就是为什么发射到同步轨道的航天器需要更多燃料。



即使在高轨把环绕速度减为零,那么航天器就会被地球拉过来,在接触大气的时候又达到了很高的速度。




还有美国的阿波罗登月,是从月球反回的,那么它接触地球的速度是接近第二宇宙速度的。当时也没有什么减速的好办法,“打水漂”等技术在当时也不存在。只能这么硬着头皮撞上大气层。

总而言之,由于航天器需要在轨道稳定环绕,就决定了其接触大气的时候很快。目前利用大气减速是一种最为简单可行的办法。将来有课更先进的技术,可以使航天器慢慢进入大气层,到了那个时候,航天器可能并不需要太多的隔热设施,甚至现在的高空飞机的隔热与增压技术都可以往返地球。


蛋科夫斯基

不是一定要那么快,而是它们本身在轨的时候速度必须要非常快,即达到「第一宇宙速度」。而回来的时候,由于飞船重量有限,燃料带的也非常有限,所以无法进行反冲减速,只能以这样的高速冲入大气层,靠着空气阻力减速。

飞船为了保持它的飞行高度,必须要达到「第一宇宙速度」,也就是每秒钟7.9千米的速度。在这个速度下,地球半径下的圆周运动恰好可以抵消下坠的速度。我们可以这样理解:

想象水平向前扔出一个球,初速度越快,球下落点的位置就离我们越远。既然地球是个球体,那么只要速度足够快,这个球下落一段距离时,地球的表面也会与初射点切线的延长线有相同的距离——换句话说,球的轨迹与地球的表面曲线相同,只要速度不变,它便不会下坠。而这个速度,就是所谓「第一宇宙速度」。

宇宙飞船要返回地球,第一步就是要变轨,要减速,速度降下来了,轨道高度就自然减下来了。然而问题是,火箭的运力是有限的,要将尽可能多的重量分配给科研设备和宇航员。同时,减速是需要消耗燃料的,所以,飞船只能有限的减速,速度降了下来、轨道变低了,就会遇上大气层,这时飞船就会靠着大气层来减速,这样会节省很多燃料。飞船无法先利用稀薄的大气层减到足够低的速度,因为速度与高度是相关的,速度太低,飞船就无法不靠着外部推力来保持高度。


章彦博

哥们你以为只有上天才需要克服地球引力做功吗?下降一样需要的,宇宙飞船重量和高度都是非常大的,所以重力势能也是非常夸张的,能量守恒原则,自由落体,高度降低重力势能必定会转化为动能,速度肯定非常快,减速常用只有两种方法,一是曾经美国鬼子的航天飞机,靠滑翔,增加降落的距离从而增加空气阻力做工的时间,达到减速的目的,一是现在都在用的减速伞,用巨大的阻力短时间就可以减速到可以接受的速度了。至于缓缓降落,最想的肯定是杨利伟,当年可是被震吐血了。但是实现有难度,以上两种方法都是靠的空气阻力,但是大气层厚度有限,可以减速的时间有限,无限增大降落伞技术难度比较大,而且阻力瞬间太大会拉断绳索的,用燃料反推,不好意思,升空时候基本都用光了,增加燃料携带量,这个成本太高,也不是必须,所以基本只有落地瞬间反推达到可以接受范围内的速度就好。


Bulrush

你问的不准、我答的也不准了,人类制造进入宇宙空间的任何飞行器在宇宙中有其固有的运行速度,及三个宇宙速度当运行速度每秒7.9公里时是第一宇宙速度,当每秒11.2公里时是第二宇宙速度,当每秒16.7公里时是第三宇宙速度,你说的返回地球速度快?我看不光是不快,而是失去轨道运行速度让地球的引力引入大气层焚毁!《如果是人为控制的飞行器可按程序返回地面》


手机用户6959802763

首先,宇宙飞船的速度肯定处于第一到第二宇宙速度之间。还有一定的轨道高度。当飞船返回大气层,飞船的速度来自两个能量。其一是轨道运动速度,其二轨道高度势能转化mgh=1/2mv²。所以宇宙飞船载入大气层的速递可以达到20多公里每秒。这个能量是非常巨大,不可能利用反推的动力抵消。而且要抵消需要消耗等同发射的燃料,不现实也不经济。所以一般是调整飞船姿态载入大气层,利用大气阻力减速飞船。


科技解密

不是一定要那么快!返回时只要降低在轨飞行速度,飞船受地球引力自动坠落,在坠落过程中因受重力影响速度会越来越快!因为重力大小是离地面越近其吸引力越大,由此导致降落速度会加速!


虎哥航空研究室

绕地飞船速度是7.9公里每秒,不然就要掉下来。而这个速度是依靠几百炖的火箭硬推上去的,而回来就没有同样的火箭啦,所以只有靠大气层这个刹车皮啦。制动火箭微微一点减速,可使飞船轨道不断下降,依靠大气层进行气动减速。


猫大36935067

不是宇宙飞船返回地球一定要那么快。不是说慢了就回不来了。(和脱离地球不一样,飞出去慢了真飞不出去,但飞回来慢了是可以的。)这个速度我们希望是低的,但是它有那么高,我们也没有办法,只能是临近对面打开减速伞来降低速度了。


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