淺談航空航天飛船在太空行駛及返回地面的力學原理

摘 要：對于進入到二十一世紀的中國而言，本世紀初所取得科研上的最大進步，就是在于載人航天航空航天飛船順利的進入到太空。可以說，神州系列的發行和嫦娥一號的落實，都意味著我國在對于太空的探索和科研上取得了非常大的成果。在當下的世界氛圍中，對于航天航空航天飛船的研究和發展是展示一個國家科技實力的最佳手段，而發展中的航天技術對于現今的中國而言，也是擠入世界強國位置中的最佳手段。

關鍵詞：航空航天飛船；太空；行駛；地面

在1999年的11月20日6時，我國的第一艘試驗航空航天飛船“神舟一號”正式的發射成功，這也意味著，在此之后，我國成為了繼美國和俄羅斯以后第三個擁有著載人航天技術的國家。而在此之后，隨著“神舟二號”，“神舟三號”，“神舟四號”，“神舟五號”等一系列的神舟系列航空航天飛船的成功發射。我國完成了從載人航天到艙外行走的巨大進步。并且，其本身的科研技術能力也在世界上名列前茅，對于二十一世紀而言，目前的中國在航天技術上是走在世界的前列，而在此，對于中國的科研技術水平而言，無疑從無到有的一種非常大的進步。本文以航天航空航天飛船科研技術為理論基礎，淺析航空航天飛船在外太空行駛及返回到地面的過程中，所產生的力學原理。

一、航空航天航空航天飛船升空的動力原理

神舟系列航空航天飛船是我國自行研制，并完全擁有自主知識產權，已經達到甚至優于國際第三代載人航空航天飛船技術的航空航天飛船。神舟號航空航天飛船本身采用的是三艙一段的設計結構，既是由返回艙、軌道艙、推進艙以及附加段構成，其中，在艙內分別存在著十三個分系統。對此而言，我國的神州系列航空航天飛船和國外的第三代航空航天飛船相比較起來，具有起點高、具備著留軌利用能力等方面的特點。

而在對于航空航天飛船升空的原理，首先，航空航天飛船在進行起飛的過程中，將負載火箭中的化學能轉換為熱能量。并且，在火箭中所儲備的燃料（液氫液氮）進行相互的混合之后，所產生的化學反應會使它們變成水，進而產生放大出熱量。

在將熱能正式的轉換為動能之后，內部所存儲的熱量開始快速的讓水變成水蒸氣，并且繼續的膨脹加強。這樣的話，所產生的水蒸氣在火箭內部結構的約束和作用下，開始迅速的朝著火箭的下部分運動。

依照著牛頓的第三定律（F=-F）以及動量守恒定律（m1v1+m2v2=m1v3+m2v4）為基礎，火箭開始推動著水蒸氣向下，同時，向下的水蒸氣所產生的作用力也在快速的推動著火箭的上升。故而，在此化學作用和物理定律的作用下，火箭挾裹著航空航天飛船，開始進行自身的升空動作。以上動作流程，均是由動量守恒定律所具體給出。

在進行升空的過程中，為了能夠更好的提高火箭自身的速度，只能夠在不斷升空的過程中快速的降低本身火箭所具有的質量。所以，在火箭進行發射的過程中，類似于助推器、一級火箭、二級火箭、逃逸塔、整流罩等方面的部件開始隨著升空高度的不斷增高逐漸脫落。

二、航空航天飛船在太空運行過程中的動作原理

依照著萬有引力定律（GMm/R2=mv2/R=mω2R=m4π2/T2·R）而言，物體與物體之間是存在著作用力的。也就是說，對于這個作用力的運用，是和兩物體之間距離的平方成反比的狀態。換而言之，用另一種方式來進行解答的話我們可以這樣去理解。兩個物體之間相隔的距離越近，那么相互之間的引力就越大。當航空航天飛船開始正式的圍繞著地球進行飛行的過程中，其動力的來源就是靠著本身航空航天飛船與地球之間的作用力。忽略大氣層，我們可以看作航空航天飛船是在進行無動力飛行，那么，當航空航天飛船飛行的角度越低，那么，其本身飛行的速度就越快。而當軌道開始逐漸升高，那么航空航天飛船其本身的飛行速度就開始逐漸的下降，而且，航空航天飛船的軌道一般都是以橢圓形的方式進行飛行，而地球在其中所處于的地位，就是在航空航天飛船和軌道之間的一處焦點上。當然，其本身航空航天飛船的發動機還是需要提供一定的速度支持，來讓航空航天飛船本身進行運動。在發動機力量的加持著，讓萬有引力能夠更換好的的提供向心力幫助航空航天飛船做圓周運動。

三、航空航天飛船如何返回地面

依照著神舟九號航空航天飛船為例，在航天員調整完航空航天飛船內部的飛行參數之后，開始啟動與航空航天飛船飛行方向相反的制動火箭運行。在逐漸降低航空航天飛船本身飛行速度的情況下，航空航天飛船開始下降。而在航空航天飛船下降之后，本身的航空航天飛船在飛行過程中所產生的慣性離心力也隨即開始下降。這樣的話，航空航天飛船就會被地心引力所牽引著而向地面墜落。由此，當航空航天飛船脫離原本的飛行軌道之后，航空航天飛船就正式的進入了滑翔階段，而當飛行高度降落到140公里左右之后，航空航天飛船上的推進艙和返回艙開始進行分離，并且，在穿越大氣層的時候，推進艙將會被銷毀。當推進艙在大氣層被銷毀之后，返回艙則進行返回工作。

當航空航天飛船正式的進入到大氣層之后，航空航天飛船本身仍然以每秒鐘數千米的速度與大氣層產生摩擦，進而開始形成高溫。對此，神舟系列航空航天飛船和俄羅斯聯盟系列航空航天飛船基本上都是使用一次后不再使用，所以，其本質上采用的都是燒蝕防熱的方法。在將隔熱材料燒蝕完畢之后，能夠很好的保護航空航天飛船主要結構不受損害。在這一時間段，雖然航空航天飛船表面的溫度會達到一種非常高的地步，但是，無論外部的溫度多么的高，在航空航天飛船內部區域，溫度基本上被控制在30攝氏度左右，航空航天飛船可以很好的保證宇航員的身體健康和安全。

接下來，隨著航空航天飛船表面開始達到非常高的溫度，那么，氣體和被燒蝕的放熱材料也開始產生電離，并且在表面形成一個等離子區域。而在這段時間內，等離子的形成開始出

現了電磁屏蔽。在這一點時間內，可以說是航空航天飛船返回地球的過程中最為危險的時間段。在這段時間內，航空航天飛船內部的信息將會和地面無法溝通，而且，在經歷這一階段的過程中，也是航空航天航空航天飛船返回地面的重要關鍵階段，也是事故發生的多發階段。對于航空航天學家而言，這一點，也是需要克服的關鍵點。

四、結語

隨著近些年來我國經濟的不斷發展于提升，對于航空航天行業的進步，可以說是發生了巨大的改變。21世紀，可以說是科技代表勞動力的新世紀，只有更好的發展自身的科學技術以及自身的實力。才能夠在未來的科技對比中，擁有更多的競爭力。相信在不久的將來，隨著我國科研技術的不斷提升和對于航空航天技術的發展進步。在航空航天領域，我國一定能夠取得更好的成績和更大的進步。

作者簡介：冀瀟（2000-），女，漢族，河北保定人，就讀于河北衡水第一中學。