在上世紀70年代，美國完成了阿波羅載人登月計劃后，就開始著手研究可以重復使用的載人航天器，科學家提出了航天飛機的方案，并且成功研制出了航天飛機。這是世界上第一種做到重復使用的飛船，和現(xiàn)役的各種飛船相比，航天飛機在很多方面都有明顯的優(yōu)勢，例如起飛重量、運載能力、搭載宇航員人數(shù)、支持在軌時間等方面都比一般的飛船要強很多。

大名鼎鼎的哈勃望遠鏡就是裝在航天飛機的貨物艙內(nèi)，在進入太空后再釋放出來的，而且在服役期間，美國先后多次使用航天飛機對哈勃望遠鏡進行了在軌維修、升級。美國前前后后制造了6艘航天飛機，其中有5艘航天飛機成功投入使用，執(zhí)行了很多次飛行任務。很遺憾，有2艘航天飛機在發(fā)射升空或者返航時出現(xiàn)了嚴重的事故，凌空爆炸，一共有14名宇航員因此失去了寶貴的生命。

在1981年4月12日，哥倫比亞號航天飛機發(fā)射升空執(zhí)行第一次載人飛行任務，這是美國第一架投入使用的航天飛機，標志著人類進入了航天飛機的時代，美國有了可以重復使用的載人飛船。在2003年1月16日，哥倫比亞號航天飛機執(zhí)行第28次飛行任務，這也是哥倫比亞號航天飛機的最后一次飛行任務。

在2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機開始返航，結束為期16個月的飛行任務。當時航天飛機還在太空飛行，一切都很正常。隨著航天飛機減速降低飛行軌道高度進入大氣層后，就出現(xiàn)了問題，在美國得克薩斯州的上空發(fā)生了爆炸解體的情況。當時航天飛機再入大氣層時氣動加熱效應很強烈，外部溫度高達1400℃，如此高溫的熱空氣席卷整個航天飛機的艙內(nèi)，而在航天飛機內(nèi)的7名宇航員因此遇難，無一生還。

事情發(fā)生后，美國方面組織了人員展開調(diào)查，最終確認哥倫比亞號航天飛機之所以出現(xiàn)這一次悲劇，是在發(fā)射的時候就已經(jīng)埋下了伏筆。因為當時航天飛機發(fā)射升空時，外掛燃料箱3塊泡沫碎片脫落擊中了航天飛機的機身，導致航天飛機的機身破損。這對于載人航天器來說是致命的威脅。

眾所周知，從外太空返回地球的航天器都會經(jīng)受極高溫的灼燒，外部溫度超過1000℃。一般的材料是難以承受的，像我們現(xiàn)役的神舟載人飛船、聯(lián)盟號載人飛船、載人龍飛船等載人飛船的返回艙外部都會涂上燒蝕材料、隔熱材料，還要經(jīng)過特殊的設計才能承受這么高溫的灼燒，而不會像衛(wèi)星、探測器、火箭殘骸那樣在再入大氣層后劇烈燃燒化為灰燼。如果再入大氣層的過程中，飛船返回艙外部出現(xiàn)受損等情況的話就很危險的，可能整個飛船都會被燒毀。

哥倫比亞號航天飛機在執(zhí)行完最后一次飛行任務返回地球的過程中就是這樣。航天飛機之所以能夠安全返回地球，其中一個很重要的原因就是在航天飛機的外部貼了隔熱瓦，能夠承受這么高溫的灼燒。而哥倫比亞號航天飛機在發(fā)射升空的過程中，由于外掛燃料箱3塊泡沫碎片脫落擊中機身導致外部受損，所以在返航過程中就出現(xiàn)了這樣的事故。

返航為何經(jīng)受1000多℃高溫灼燒

可能有一些網(wǎng)友好奇，同樣都是穿過地球大氣層，飛船、衛(wèi)星這些航天器在發(fā)射升空的時候都不會出現(xiàn)劇烈燃燒的情況，外部溫度也不會超過1000℃，為什么從外太空返回地球的時候卻要經(jīng)受這么高溫的灼燒。

原因很簡單，那就是在發(fā)射升空的過程中，箭船組合體的起飛重量很大，就算火箭推力巨大，在前期加速度很小，所以發(fā)射升空一段時間內(nèi)，箭船的飛行速度還是很慢的。隨著火箭不斷上升，燃燒大量推進劑，總重量越來越小，再加上空氣阻力也越來越小，后面的加速度就會越來越快，于是箭船組合體的速度也會越來越快。

雖然速度越來越快了，但是由于高空中的空氣密度越來越小了，所以氣動加熱效應也不會很強烈，外部溫度就算有所上升，但不足以讓火箭、飛船劇烈燃燒起來。而飛船從外太空返回地球時的情況就不同了，雖然都是穿過大氣層，但返航時更加驚險。

在近地軌道飛行的航天器飛行速度接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒，從月球軌道、火星軌道返回地球的航天器速度可以接近11公里每秒。這是火箭、飛船發(fā)射升空時的速度沒法相比的。

當飛船以這么快的速度從外太空返回地球時，就算有發(fā)動機進行了制動減速，但飛船的燃料不多，所以沒法大幅度降低飛行速度，再入大氣層時速度還是相當快，都超過7公里每秒。當飛船穿過卡門線后，空氣密度越來越大，受到的空氣阻力越來越大，氣動加熱效應越來越強烈。由于飛船的速度很快，重返地球再入大氣層的過程中動能會轉化為熱能，外部溫度飆升到1000多℃。

由于溫度很高，一般的材料是難以承受這么高溫的，所以像火箭殘骸、衛(wèi)星殘骸、飛船殘骸再入大氣層的過程中都會化作一道流星，最后在大氣層中燃燒殆盡，基本上沒有什么殘骸掉下來。而載人飛船需要把宇航員安全接回地面，自然不能被燒毀，就需要經(jīng)過特殊的設計，如果載人飛船受損的話，返航時就可能有危險。哥倫比亞號航天飛機就是這樣的情況。

延伸閱讀：大量星鏈衛(wèi)星墜落大氣層燒毀

在這幾天，有一個熱搜，那就是星鏈衛(wèi)星突然大批量墜落地球，2024年有316顆星鏈衛(wèi)星從外太空掉下來，2025年1月有超過120顆星鏈衛(wèi)星掉下來，不過它們都沒有掉到地面，再入大氣層時都燒毀了。相比之下，在2020年只有2顆星鏈衛(wèi)星掉下來，在2024年就有超過300顆星鏈衛(wèi)星墜落地球，越來越多了，這是怎么回事？

在經(jīng)過調(diào)查后，美國NASA發(fā)現(xiàn)這些星鏈衛(wèi)星面臨著太陽活動的威脅。地球與太陽的距離很遙遠，平均距離達到1.5億公里，可能有一些網(wǎng)友好奇，太陽離我們地球那么遠，太陽爆發(fā)活動怎么會影響到在近地軌道運行的衛(wèi)星呢？

首先說明一下，星鏈衛(wèi)星的墜落并不是太陽活動轟擊這些星鏈衛(wèi)星從而導致它們失控墜落地球，而是間接影響到它們的正常運行。

事情是這樣的，地球有磁場、大氣層保護，所以在地面的生物不會受到太明顯的影響，就算太陽活動爆發(fā)得比較強烈，我們也不會有什么危險。不過，在太陽活動的影響下，地球電離層、高空大氣結構都會受到影響，這會影響到在近地軌道運行的航天器。

地球有濃密的大氣層，在地面空氣密度比較大，隨著海拔的上升，空氣密度會越來越低，就算跨過了“卡門線”進入外太空，那里依舊存在稀薄的空氣，在幾百公里、幾千公里的軌道上都不是完全的真空的，所以在近地軌道依舊存在空氣阻力，只是比較小。

在太陽活動爆發(fā)比較活躍的情況下，巨大的能量讓地球電離層劇烈加熱，從而導致地球大氣的頂層電離層大氣膨脹、密度上升，使得原本極為稀薄的高層大氣阻力成倍增加。

專家表示，在近地軌道飛行的航天器飛行速度都很快，一般都接近地球第一宇宙速度7.9公里每秒，空氣阻力帶來的影響還是很明顯的。畢竟大氣阻力與密度乘以速度的平方成正比，所以速度很快的情況下，哪怕空氣密度再稀薄，也會造成不小的減速效應。這些衛(wèi)星的速度越來越慢，它們就沒法保持原先的軌道高度，飛行高度會越來越低，當下降到一定的高度后，就會墜落大氣層燒毀。

NASA 科學家分析了在過去這幾年時間內(nèi)墜落地球的500多顆星鏈衛(wèi)星在不同太陽活動水平下的軌道變化，發(fā)現(xiàn)在太陽活動的影響下，星鏈衛(wèi)星墜落得更快。當前正處于太陽活動的第25個周期，而2024年剛剛好又是這個活動周期的極大值期，再加上這一個周期太陽活動要比上一個周期更加劇烈，所以2024年墜落地球的星鏈衛(wèi)星數(shù)量比較多，達到了316顆，今年1月也有超過120顆星鏈衛(wèi)星墜落。所以，這或許也是在意料之中的事情吧，只是沒想到有這么多衛(wèi)星掉下來。