載人飛船返回時靠什麼材料保護飛船不被燒毀？

載人飛船返回艙從運行軌道返回地面時，將以大約8千米/秒的速度再入大氣層，離地面100千米時進入稠密大氣層。此時由於返回艙對大氣的高速摩擦和對周圍氣體的壓縮，使速度急劇下降，同時巨大的動能轉換成熱能。這些熱能除輻射掉一部分之外，其中的一部分將使返回艙表面溫度上升到幾千攝氏度。返回艙外壁會被熊熊烈火包圍，使整個飛船像火球一樣划過天空。

由於飛船穿越大氣層時的表面溫度極高，因此絕大多數材料都無法承受這樣的溫度。聰明的科學家和工程師為此想出了一種「丟卒保帥」的巧妙辦法，他們在返回艙外部特別是溫度最高的底部包覆了一層稱為「燒蝕材料」的厚厚防熱層。這種材料引火燒身，能夠通過燃燒自己，耗散大量的熱能，從而保護飛船。飛船返回艙著陸後看起來像個燒黑的大鐵鍋，這就是燒蝕防熱形成的結果。

燒蝕材料的防熱原理是，它在與大氣摩擦時將受熱熔化、蒸發、升華、分解和氧化燃燒。在這個燒蝕過程中，材料的熱分解以及熔化、蒸發和升華都將吸收大量的熱能，並且熱解氣體和燃燒產物在不斷流失時，可以從飛船表面帶走大量的熱量，從而阻止熱流傳到飛船內部。燒蝕材料在一層層地燒蝕成炭的同時，還在飛船表面形成一個高溫輻射散熱層，可以向外輻射熱量，也將起到阻止熱流的作用。燒蝕材料一般是由特殊的玻璃纖維與有機合成樹脂組成的複合材料，並採用輕質填料作為填充劑。

著陸後的神舟五號飛船返回艙

除了燒蝕防熱外，飛船還採用其他防熱方法。比如在飛船外部使用高反光、耐高溫金屬層，通過熱輻射原理，輻射掉大量熱量；還可以在飛船上包裹熱容量大、耐溫高的防熱材料，利用這種材料本身溫度升高時的吸熱作用，將大量傳入飛船表面的熱量吸收在這裡，從而保證內部不致過熱。一般來說，這些防熱方法將結合使用。

我國的神舟飛船採用了以燒蝕材料為主的飛船防熱結構，科學家們通過對數十種燒蝕材料的反覆篩選和試驗，最終為神舟飛船選擇了一種先進的低密度燒蝕材料。這種材料不但能耐受幾千度的高溫，而且密度小於1克/厘米3，質量非常輕。

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