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都是在天上飞,为什么飞机要防冻,火箭要防热?

来源:中国运载火箭研究院 VIEW: 发布时间:2020-05-27

美国国家航空航天局(NASA)1月15日公布了正在建设的全球最大火箭“太空发射系统”(Space Launch System,SLS)的最新照片。图片来源:NASA

火箭和飞机都是在天上飞行的运载工具,在距离地面一定高度后,飞机上就会用空调调控温度,使机舱里的温度不会特别低;而火箭要安全穿过同样的高度,却需要在外表面涂上防热材料,防止被烧坏,这是为什么呢?

中国运载火箭技术研究院北京宇航系统工程研究所蒋平为我们讲述了其中缘由。原来,火箭和飞机在天上飞时,到底需要防冻还是防热,与它们飞行的马赫数紧密相关。

马赫数就是指物体运动速度与周围空气中的音速之比,相同条件下,马赫数越小,物体表面温度越低;马赫数越大,物体表面温度越高。

蒋平说,火箭在大气层飞行的过程中,为了挣脱地球引力,飞去更高更远的太空,会一直加速飞行,速度从亚音速、超音速到高超音速,在距离地面10公里左右的高度时,马赫数甚至超过5,此时火箭表面的温度有1000多度。随着火箭飞行速度的增加,这个温度还会继续升高,直至脱离大气层。

而这个阶段,如果没有足够的防隔热措施,火箭外表的金属外壳将会变形甚至融化,火箭内部的电路板、元器件、精密仪器等将会烧穿、变形,导致整个飞行任务失败。

普通的民航飞机一般以亚音速飞行,同样在距离地面10公里左右的高度时,马赫数仅为0.7——0.8,外部大气的温度低至零下55摄氏度左右,接近北极圈以内的温度,飞机的温度和外界温度差不多,这个温度下飞机必须开空调为机舱内调节温度,否则客机的乘客会被冻伤。

实际上,如果飞机的速度也提高到超高音速,也就是马赫数也达到10左右,它也同样需要防热。航天飞机的速度与火箭差不多,表面温度可高达2000摄氏度,因此航天飞机的表面也安装了一层厚厚的防热瓦来抵御高温。

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