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目前，嫦娥五号已经带着月壤成功降落到地球上，创造了中国航天的又一里程碑。嫦娥五号这一路走来，困难重重，但都被我国航天科技人员逐一克服，最终圆满地完成了嫦娥五号的月球采样返回地球任务。 嫦娥五号最后这一步走得可谓是惊心动魄，返回器以将近11公里/秒的超高速度冲入地球大气层，导致返回器的外表温度剧烈升高到上千度。稍有不慎，就会导致返回器烧毁，宝贵的月壤也会随之化成灰烬。 相比之下，嫦娥五号当初离开地球时，并没有遭遇如此的高温，外表不会灼烧起来。那么，嫦娥五号同样穿过地球大气层，为什么返回时会遭遇高温，剧烈燃烧，而升空时却不会呢？ 嫦娥五号的升空 为了完成飞向月球、登陆月球、月壤采样、飞离月球以及返回地球这一系列复杂的任务，嫦娥五号要比之前的嫦娥探测器复杂得多，重量也要大得多，其总质量高达8.2吨。想要把这么重的嫦娥五号送到月球上，就需要用到我国现役推力最强的火箭——长征五号，也就是大家所熟知的“胖五”。 但由于越接近地表，大气越稠密，空气阻力也会越大。空气阻力与速度平方成正比，随着速度的加快，阻力将会急剧增加。因此，长征五号载着嫦娥五号在稠密的大气中飞行时，速度并不会加速到很快的程度，气动加热效应并不强烈。 100公里被认为是太空的分界线，也是速度的分界线。当火箭飞到100公里的高度时，它的速度一般不到3公里/秒。而在50公里以下的大气层内时，速度更小，气动加热效应并不会让火箭外层燃烧起来。 一旦进入太空之后，空气阻力非常小，气动加热效应可以忽略，火箭加速更加容易，火箭入轨所需的速度很大部分都是在太空完成加速的。因此，嫦娥五号升空时，不会面临高温问题。 嫦娥五号的返回 嫦娥五号完成月壤采样后，从38万公里外的月球飞回地球。在强大的地心引力作用下，嫦娥五号几乎是做自由落体运动掉向地球。经过超长距离的加速，而且太空又没有空气阻力，当嫦娥五号将要进入地球大气层之前，其速度将会高达10.9公里/秒，这与第二宇宙速度只差了300米/秒。 想要让返回器从如此高的速度减速为0，稳稳降落在地球上，无法通过反推火箭来实现，因为这需要非常多的燃料，这是不现实的。这个时候，当初阻碍嫦娥五号离开地球的大气层可以起到减速作用。 如果嫦娥五号的返回器以这么快的速度直接冲入地球大气层，将会难以承受巨大的热负荷和过载。为了解决这些问题，嫦娥五号采用类似石头在水上漂的方式再入大气层。 返回器先以一定角度进入大气层，到达大约70公里的高度，被稠密的大气层反弹回太空，之后又进入大气层。这样返回器就能得到充分减速，然后正常返回地球。 不过，返回器的速度仍然非常快，气动加热效应非常强烈。需要注意的是，这并不是摩擦生热效应。而是返回器高速运动，剧烈压缩前方的空气，导致温度快速升高。返回器的外层有烧蚀材料，它们燃烧之后会带走大量的热量，从而确保返回器的安全。 待到速度降低到一定程度，再打开降落伞，让返回器进一步减速，然后再稳稳落到地面上。说到这里，可能有些人会有疑问了，不能让返回器一开始就打开降落伞吗？ 降落伞只有在稠密的大气中才能起到减速作用，当返回器的高度很高时，开伞没有任何意义。而且在返回器减速的早期，强大的气动加热效应会让打开的降落伞直接烧毁。 最后，让我们一起欢迎嫦娥五号回家，祝贺中国航天又取得一个重大突破。接下来，宝贵的月壤将会是科学家关注的重点。 |
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