火箭衝出大氣層時的表面溫度，是一個非常複雜的問題。與火箭的飛行速度和大氣層的密度有密切關係。而這兩個指標都是不斷變化的變量，所以火箭表面的溫度也在一個範圍之內不斷的變化。
第一，火箭在上升衝出大氣層的過程中，速度越來越快，但是大氣密度越來越低。空氣摩擦產生的熱量，在不斷變化之中的。
第二，大氣層分為對流層，平流層和高層大氣層。空氣最為稠密的對流層，高度約為14-18千米，卻集中了整個大氣層75%的質量。平流層的高度，從對流層頂到50千米左右。高層大氣，從50千米到大氣上界。火箭一級與二級分離的高度大約在70-100千米之間。基本位於平流層以上的，空氣比較稀薄的空間。
第三，單級火箭在大氣層中飛行的時候，按照齊奧爾科夫斯基的火箭方程式，可以知道，單級火箭的最大速度為不超過4.5千米/秒，即低於14馬赫以下。這個速度與彈道導彈末端的速度差不多。
第四，火箭表面的溫度與速度的平方成正比。以12千米高度的大氣層密度，10馬赫左右的速度，可以讓物體表面升溫到3500攝氏度左右。但是火箭在12千米的高度飛行時，速度還達不到10馬赫，等速度達到10馬赫時，又已經來到了70千米以上的空氣稀薄的高空，所以平均估算下來，火箭在稠密大氣層中表面的溫度應該在2000到3000度之間吧。
為了對抗如此高的溫度，火箭的表面需要使用耐熱材料，並塗上絕熱塗層。這種塗層，在火箭上升的過程中被高溫氣化，降低火箭表面的溫度，保護火箭不被高溫燒燬。
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