一、為什么火箭碰到大氣層會磨出火花？

不知道大家發現沒有，在地面上我們發射一個火箭，在它穿越大氣層的時候，基本上看不到箭體燃燒。而當火箭的返回艙從外太空回來，在穿越大氣層時，會看到艙體表面像燃燒了一樣，形成一個大火球墜向地面。那么，為何火箭都是穿越大氣層，在穿越的過程中為什么會表現出不一樣的情形呢？

在回答這個問題之前，需要先闡明一個問題，那就是物體在高速狀態下發熱甚至燃燒的原因。在一般情況下，一個物體在快速運動時，只要不是處于絕對真空的狀態，那么它勢必會與周圍的環境空間產生摩擦，比如，火車車輪與鐵軌之間、飛機與空氣之間等等，在摩擦力的作用下，使得一部分動能轉化為熱能釋放出來，從而提升物體表面的溫度，這是一種通常情況下的摩擦生熱，在較高運動狀態下的火箭，在穿越空氣中也會或多或少存在這種現象。

不過，還存在一種熱能轉化的情況，并非完全是由摩擦力做功產生的，而是由于對周圍氣體的壓縮所產生，比如我們用密閉性很好的氣筒打氣，氣筒的承壓部分過一會兒就熱起來，這個熱量的產生，并非全是由活塞和筒壁的摩擦造成的，恰恰相反，摩擦生熱的占比只是很小一部分，更多的熱量是由空氣的壓縮所致，空氣的內能在巨大的壓縮比下轉化為分子的動能，在空氣分子的相互碰撞下又轉化為熱能。

明白了上述道理，我們就能解釋火箭發射時看不到燃燒、而返回時卻能看到劇烈燃燒的第一個原因，那就是返回時的速度更快，對空氣的壓縮程度更高。因為火箭在發射時是從速度為0開始的，需要不斷地克服地球引力的作用，是一種緩慢脫離的過程，在穿越比較濃密的大氣層時速度只有2-3公里/秒之間，相比較而言，火箭的返回艙在返回地球大氣層時，一般都是先進入轉移軌道，然后再進入繞地軌道，其初始速度基本上都達到第一宇宙速度，即7.9公里/秒，有時還會與地球的公轉速度相疊加，所以在進入大氣層之后的“初始速度”是非常高的。

因此，發射和返回時火箭的運行速度差別很大，在更高速度下，火箭體有更大的幾率推動前方空氣的劇烈壓縮，在此過程中產生的巨大熱量，在高速運行過程中的輻射擴散速度遠遠跟不上能量轉化的速度，因此火箭體前端的空氣分子被加熱到等離子狀態，氣動加熱時會產生向內的強烈激波，作用于火箭體的內部，一些結構松散的結構就會在強大的激波沖擊下裂解，這也是一些高速沖入地球大氣層的隕石邊燃燒、邊爆炸裂解的原因。

相比較而言，發射火箭時，由于速度是逐步提升的，而且在空氣密度較大的下層空間時，火箭體的速度根本形成不了規模性、非常明顯的空氣等離子化和激波作用，我們從外界就難以觀察到“燃燒”現象。

第二個原因，就是火箭發射時，為了保障所攜帶各種衛星、設備和儀器的安全，確保發射成功，對火箭體特別是前端都做了特殊處理，比如設置必要的整流罩，具有超強的耐高溫、耐燒蝕等功能，最大限度保障火箭有效載荷的完好。而火箭在返回進入到地球大氣層之后，由于已經運行了很長時間，各種防護措施已經非常缺乏了，除非特殊情況需要保留部分儀器設備、相關采樣樣品外，沒有非常有效的防護措施，有時只能依靠吸熱、輻射、燒蝕的方式主動去增加熱量的產生，從而最大程度地實現降速。

第三個原因，從火箭的運行軌跡來看，發射和返回也是截然不同的。一方面，發射時所經過的大氣層空氣密度，是越來越稀薄，對箭體的摩擦和損壞是越來越小的，返回時正好相反，越靠近地面，空氣密度越大，摩擦效應和激波效應越強烈。另一方面，在火箭發射時，是要用盡可能地快速脫離地球大氣層的環境，減少空氣的摩擦和無謂的損耗，所以一般選擇垂直發射的方式。但是返回時，要盡可能快帶地將“初始速度”降下來，減輕返回箭體在降落到地面時的沖擊，所以要盡可能地加大返回時與空氣的接觸面積、延長在大氣層中的穿越路程，所以火箭返回時往往采用梯級跳躍即“打水漂”的方式，最終呈現一種拋物線式的降落途徑。

綜上，我們之所以看到火箭發射和返回，在燃燒與否方面存在巨大的差異，這是與火箭在前后兩個階段在運行速度、空氣動力學、功能設計、空氣密度變化等方面，均有著明顯差異所共同作用的結果。

二、火箭和大氣摩擦溫度有多高？

火箭和大氣摩擦溫度非常高，可以達到數千攝氏度。因為火箭飛行過程中速度非?？?，摩擦大氣時產生的摩擦力會導致空氣分子高速撞擊火箭表面，產生巨大的熱能，導致熱量迅速傳導到火箭表面并升高溫度。同時，由于空氣密度較大，加速流過火箭表面的氣體也會受到劇烈擠壓和加熱，進一步提高了溫度。值得一提的是，火箭的進入大氣層速度和角度都會影響摩擦溫度的高低。一些太空飛船，例如航天飛機等，在進入大氣層前會采取一些措施，如傾斜機頭和調整飛行速度等，以減小摩擦熱量的產生，降低溫度。

三、大氣層摩擦原理？

摩擦原理本質就是一個物體的某個表面與另一個物體的表面相互接觸并相對掠過，在接觸時，一個物體中的分子必然與另一個物體中的分子近距離地相互作用；在掠過時，這個物體的分子必然會碰撞另一個物體的分子；在碰撞過程中分子的運動就會更加劇烈起來，也就是物體更熱了。而分子間撞擊得激烈的話，就可能把原本束縛在原子里的外層電子撞出來，這個撞出來的電子還可能跑到另一個物體上，這就是摩擦起電啦。