火箭发射卫星的时候穿过大气层没有因为摩擦燃烧，而返回时却因为摩擦燃烧了，为什么？ _发射

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航天器在大气中摩擦燃烧需要在很高的速度条件下才会发生，从研究两个质点在万有引力作用下的运动规律出发，人们通常把航天器达到环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小发射速度，分别称为第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。第一、二、三宇宙速度分别为7.9km/s ， 11.2km/s ， 16.7km/s 。单级火箭前进的最大速度是4．5公里／秒，比如中程弹道导弹；多级火箭的速度可达到第一宇宙速度7.9公里/秒（物体绕地球作圆周运动的速度）和第二宇宙速度11.2 公里/秒（摆脱地球引力束缚，飞离地球的速度），比如洲际弹道导弹。下图为正在返回地面的猎鹰九号运载火箭，它在到达第一宇宙速度之前就与二级火箭分离并返回地面，因此不会与空气发生摩擦燃烧。

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火箭升空时不发生摩擦燃烧的原因

当物体在稠密大气中作超音速飞行时，受激波与物体间高温压缩气体的加热和机体表面与空气强烈摩擦的影响，物体表面的温度会随马赫数(1马赫=1倍音速)的提高而急剧上升(这就是"音障"中的"热障") 。飞行马赫数为 2.0时，温度会略超过100℃ 。而当马赫数等于3.0时(在低层大气，这个速度是1020m/s) ，表面的温度则升至350℃左右。火箭蒙皮所使用的铝合金材料的熔点在660℃以上，碳纤维复合材料的燃点为800～1500℃ ，高性能碳纤维复合材料则能承受2000～3000℃高温的烧灼。而运载火箭从起飞加速到逃离地球引力束缚的速度仅为第一宇宙速度的7.9公里/秒，而且从静止状态加速到这个速度需要飞行200～300秒，当达到第一宇宙速度时运载火箭早已飞离稠密的大气层，没有大气的摩擦自然也就不会再发生燃烧了。下图为正在升空的美军“三叉戟”潜射弹道导弹，它需要数百秒的时间加速到第一宇宙速度。

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航天器重返大气层时发生摩擦燃烧的原因

洲际弹道导弹能达到超过8000公里射程的原因就在于弹头与火箭分离时就已经获得7.9公里/秒的相对速度，即第一宇宙速度，这个速度是是音速的20被，即20马赫。当弹头从太空轨道重返大气层时便以这20马赫的速度与空气摩擦产生近1600℃的高温，进而发生高温燃烧。航天器在大气中发生摩擦引起机体表面温度急剧升高而遇到的障碍就叫做“热障” 。处于“热障”状态下的航天器将无法接收外界电磁波，航天器在这个状态的飞行阶段属于悟空飞行，这也是反航母弹道导弹只能攻击停靠码头的航空母舰的原因。下图为美军曾经装备的“黑鸟”高空高速侦察机，该型飞机能以3马赫的高速在2～3万米的高空飞行，为克服机体承受的近350℃热障， “黑鸟”因采用抗“黑障”设计，机体在起飞前会一直漏油，起飞后速度达到3马赫以后机体拉伸，流油现象停止。

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为了克服“热障” ，科学家们研发出各种耐高温复合材料运用于返回式的航天器上，包括弹道导弹的弹头蒙皮，耐高温复合材料也成为制约许多国家发展尖端国防技术的主要因素。比如朝鲜在发展洲际弹道导弹时就受到了这个因素的严重制约，使其只能发展出高抛低射的圆头型导弹弹头。因此通过观察弹道导弹的弹头外形就能判断出这个国家的航天技术水平。下图为朝鲜导弹部队装备的“火星-15”洲际弹道导弹，它的弹头为椭圆形，说明朝鲜还没有掌握高性能复合材料技术，其水平只相当于我国的第一代洲际弹道导弹——东风-5B 。

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其他网友观点

火箭发射卫星的时候穿过大气层没有因为摩擦燃烧，而返回时却因为摩擦燃烧了，为什么？

这是个很有意思的问题。不知道大家发现没有，在地面上我们发射一个火箭，在它穿越大气层的时候，基本上看不到箭体燃烧。而当火箭的返回舱从外太空回来，在穿越大气层时，会看到舱体表面像燃烧了一样，形成一个大火球坠向地面。那么，为何火箭都是穿越大气层，在穿越的过程中为什么会表现出不一样的情形呢？

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在回答这个问题之前，需要先阐明一个问题，那就是物体在高速状态下发热甚至燃烧的原因。在一般情况下，一个物体在快速运动时，只要不是处于绝对真空的状态，那么它势必会与周围的环境空间产生摩擦，比如，火车车轮与铁轨之间、飞机与空气之间等等，在摩擦力的作用下，使得一部分动能转化为热能释放出来，从而提升物体表面的温度，这是一种通常情况下的摩擦生热，在较高运动状态下的火箭，在穿越空气中也会或多或少存在这种现象。

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不过，还存在一种热能转化的情况，并非完全是由摩擦力做功产生的，而是由于对周围气体的压缩所产生，比如我们用密闭性很好的气筒打气，气筒的承压部分过一会儿就热起来，这个热量的产生，并非全是由活塞和筒壁的摩擦造成的，恰恰相反，摩擦生热的占比只是很小一部分，更多的热量是由空气的压缩所致，空气的内能在巨大的压缩比下转化为分子的动能，在空气分子的相互碰撞下又转化为热能。

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明白了上述道理，我们就能解释火箭发射时看不到燃烧、而返回时却能看到剧烈燃烧的第一个原因，那就是返回时的速度更快，对空气的压缩程度更高。因为火箭在发射时是从速度为0开始的，需要不断地克服地球引力的作用，是一种缓慢脱离的过程，在穿越比较浓密的大气层时速度只有2-3公里/秒之间，相比较而言，火箭的返回舱在返回地球大气层时，一般都是先进入转移轨道，然后再进入绕地轨道，其初始速度基本上都达到第一宇宙速度，即7.9公里/秒，有时还会与地球的公转速度相叠加，所以在进入大气层之后的“初始速度”是非常高的。

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因此，发射和返回时火箭的运行速度差别很大，在更高速度下，火箭体有更大的几率推动前方空气的剧烈压缩，在此过程中产生的巨大热量，在高速运行过程中的辐射扩散速度远远跟不上能量转化的速度，因此火箭体前端的空气分子被加热到等离子状态，气动加热时会产生向内的强烈激波，作用于火箭体的内部，一些结构松散的结构就会在强大的激波冲击下裂解，这也是一些高速冲入地球大气层的陨石边燃烧、边爆炸裂解的原因。

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相比较而言，发射火箭时，由于速度是逐步提升的，而且在空气密度较大的下层空间时，火箭体的速度根本形成不了规模性、非常明显的空气等离子化和激波作用，我们从外界就难以观察到“燃烧”现象。

第二个原因，就是火箭发射时，为了保障所携带各种卫星、设备和仪器的安全，确保发射成功，对火箭体特别是前端都做了特殊处理，比如设置必要的整流罩，具有超强的耐高温、耐烧蚀等功能，最大限度保障火箭有效载荷的完好。而火箭在返回进入到地球大气层之后，由于已经运行了很长时间，各种防护措施已经非常缺乏了，除非特殊情况需要保留部分仪器设备、相关采样样品外，没有非常有效的防护措施，有时只能依靠吸热、辐射、烧蚀的方式主动去增加热量的产生，从而最大程度地实现降速。

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第三个原因，从火箭的运行轨迹来看，发射和返回也是截然不同的。一方面，发射时所经过的大气层空气密度，是越来越稀薄，对箭体的摩擦和损坏是越来越小的，返回时正好相反，越靠近地面，空气密度越大，摩擦效应和激波效应越强烈。另一方面，在火箭发射时，是要用尽可能地快速脱离地球大气层的环境，减少空气的摩擦和无谓的损耗，所以一般选择垂直发射的方式。但是返回时，要尽可能快带地将“初始速度”降下来，减轻返回箭体在降落到地面时的冲击，所以要尽可能地加大返回时与空气的接触面积、延长在大气层中的穿越路程，所以火箭返回时往往采用梯级跳跃即“打水漂”的方式，最终呈现一种抛物线式的降落途径。

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综上，我们之所以看到火箭发射和返回，在燃烧与否方面存在巨大的差异，这是与火箭在前后两个阶段在运行速度、空气动力学、功能设计、空气密度变化等方面，均有着明显差异所共同作用的结果。

其他网友观点

火箭发射卫星的时候穿过大气层没有因为摩擦燃烧，而返回时却因为摩擦燃烧了，为什么？

答：因为返回舱是从太空以第二宇宙速度从真空状态进入大气层的、由于地球的引力会随着高度以每秒11．2km的加速度向地球飞行，随着在天空飞行的时间变长，越是加快速度，越是受到大气层的摩擦达1000多度就呈一团火焰划在空中。这次嫦娥五号在返回进入大气层前用打水漂原理来个S状??入大气层再返上来减去第二宇宙速度11．2Km／S ，降到第一宇宙速度为7．9Km／S就安全了，否则会让高温把2kg月土烧变质。

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如果返回舱向地球腑冲时受到了空气的阻力与返回舱的重力相等时，才被大气阻住以原始速度下降。

2020年12月17日1点钟后预计嫦娥五号降落内蒙古时，等待的人们会看到一道火球从南天空向北飞下，当返回舱有几百米高度时，降落伞打开，用空气阻力将返回舱控制在一秒几米的速度降落。

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你问为什么发射火箭时没有燃烧，因为在大气层发送火箭的速度是第一宇宙每秒不超7．9Km／S ，加之地球引力，这个速度不会将耐高温的外壳造成摩擦燃烧的，当进入真空会根据需要将多余的整流罩，燃料捆绑件抛掉变轻了再点火加速度就可以第二宇宙速度飞向月球.或者以第三宇宙速度飞向火星，总之奔向地球外的星球视距离而加速才能摆脱引力甩出轨道进入探测的星球。

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