浅谈航空航天飞船在太空行驶及返回地面的力学原理

摘 要：对于进入到二十一世纪的中国而言，本世纪初所取得科研上的最大进步，就是在于载人航天航空航天飞船顺利的进入到太空。可以说，神州系列的发行和嫦娥一号的落实，都意味着我国在对于太空的探索和科研上取得了非常大的成果。在当下的世界氛围中，对于航天航空航天飞船的研究和发展是展示一个国家科技实力的最佳手段，而发展中的航天技术对于现今的中国而言，也是挤入世界强国位置中的最佳手段。

关键词：航空航天飞船；太空；行驶；地面

在1999年的11月20日6时，我国的第一艘试验航空航天飞船“神舟一号”正式的发射成功，这也意味着，在此之后，我国成为了继美国和俄罗斯以后第三个拥有着载人航天技术的国家。而在此之后，随着“神舟二号”，“神舟三号”，“神舟四号”，“神舟五号”等一系列的神舟系列航空航天飞船的成功发射。我国完成了从载人航天到舱外行走的巨大进步。并且，其本身的科研技术能力也在世界上名列前茅，对于二十一世纪而言，目前的中国在航天技术上是走在世界的前列，而在此，对于中国的科研技术水平而言，无疑从无到有的一种非常大的进步。本文以航天航空航天飞船科研技术为理论基础，浅析航空航天飞船在外太空行驶及返回到地面的过程中，所产生的力学原理。

一、航空航天航空航天飞船升空的动力原理

神舟系列航空航天飞船是我国自行研制，并完全拥有自主知识产权，已经达到甚至优于国际第三代载人航空航天飞船技術的航空航天飞船。神舟号航空航天飞船本身采用的是三舱一段的设计结构，既是由返回舱、轨道舱、推进舱以及附加段构成，其中，在舱内分别存在着十三个分系统。对此而言，我国的神州系列航空航天飞船和国外的第三代航空航天飞船相比较起来，具有起点高、具备着留轨利用能力等方面的特点。

而在对于航空航天飞船升空的原理，首先，航空航天飞船在进行起飞的过程中，将负载火箭中的化学能转换为热能量。并且，在火箭中所储备的燃料（液氢液氮）进行相互的混合之后，所产生的化学反应会使它们变成水，进而产生放大出热量。

在将热能正式的转换为动能之后，内部所存储的热量开始快速的让水变成水蒸气，并且继续的膨胀加强。这样的话，所产生的水蒸气在火箭内部结构的约束和作用下，开始迅速的朝着火箭的下部分运动。

依照着牛顿的第三定律（F=-F）以及动量守恒定律（m1v1+m2v2=m1v3+m2v4）为基础，火箭开始推动着水蒸气向下，同时，向下的水蒸气所产生的作用力也在快速的推动着火箭的上升。故而，在此化学作用和物理定律的作用下，火箭挟裹着航空航天飞船，开始进行自身的升空动作。以上动作流程，均是由动量守恒定律所具体给出。

在进行升空的过程中，为了能够更好的提高火箭自身的速度，只能够在不断升空的过程中快速的降低本身火箭所具有的质量。所以，在火箭进行发射的过程中，类似于助推器、一级火箭、二级火箭、逃逸塔、整流罩等方面的部件开始随着升空高度的不断增高逐渐脱落。

二、航空航天飞船在太空运行过程中的动作原理

依照着万有引力定律（GMm/R2=mv2/R=mω2R=m4π2/T2·R）而言，物体与物体之间是存在着作用力的。也就是说，对于这个作用力的运用，是和两物体之间距离的平方成反比的状态。换而言之，用另一种方式来进行解答的话我们可以这样去理解。两个物体之间相隔的距离越近，那么相互之间的引力就越大。当航空航天飞船开始正式的围绕着地球进行飞行的过程中，其动力的来源就是靠着本身航空航天飞船与地球之间的作用力。忽略大气层，我们可以看作航空航天飞船是在进行无动力飞行，那么，当航空航天飞船飞行的角度越低，那么，其本身飞行的速度就越快。而当轨道开始逐渐升高，那么航空航天飞船其本身的飞行速度就开始逐渐的下降，而且，航空航天飞船的轨道一般都是以椭圆形的方式进行飞行，而地球在其中所处于的地位，就是在航空航天飞船和轨道之间的一处焦点上。当然，其本身航空航天飞船的发动机还是需要提供一定的速度支持，来让航空航天飞船本身进行运动。在发动机力量的加持着，让万有引力能够更换好的的提供向心力帮助航空航天飞船做圆周运动。

三、航空航天飞船如何返回地面

依照着神舟九号航空航天飞船为例，在航天员调整完航空航天飞船内部的飞行参数之后，开始启动与航空航天飞船飞行方向相反的制动火箭运行。在逐渐降低航空航天飞船本身飞行速度的情况下，航空航天飞船开始下降。而在航空航天飞船下降之后，本身的航空航天飞船在飞行过程中所产生的惯性离心力也随即开始下降。这样的话，航空航天飞船就会被地心引力所牵引着而向地面坠落。由此，当航空航天飞船脱离原本的飞行轨道之后，航空航天飞船就正式的进入了滑翔阶段，而当飞行高度降落到140公里左右之后，航空航天飞船上的推进舱和返回舱开始进行分离，并且，在穿越大气层的时候，推进舱将会被销毁。当推进舱在大气层被销毁之后，返回舱则进行返回工作。

当航空航天飞船正式的进入到大气层之后，航空航天飞船本身仍然以每秒钟数千米的速度与大气层产生摩擦，进而开始形成高温。对此，神舟系列航空航天飞船和俄罗斯联盟系列航空航天飞船基本上都是使用一次后不再使用，所以，其本质上采用的都是烧蚀防热的方法。在将隔热材料烧蚀完毕之后，能够很好的保护航空航天飞船主要结构不受损害。在这一时间段，虽然航空航天飞船表面的温度会达到一种非常高的地步，但是，无论外部的温度多么的高，在航空航天飞船内部区域，温度基本上被控制在30摄氏度左右，航空航天飞船可以很好的保证宇航员的身体健康和安全。

接下来，随着航空航天飞船表面开始达到非常高的温度，那么，气体和被烧蚀的放热材料也开始产生电离，并且在表面形成一个等离子区域。而在这段时间内，等离子的形成开始出

现了电磁屏蔽。在这一点时间内，可以说是航空航天飞船返回地球的过程中最为危险的时间段。在这段时间内，航空航天飞船内部的信息将会和地面无法沟通，而且，在经历这一阶段的过程中，也是航空航天航空航天飞船返回地面的重要关键阶段，也是事故发生的多发阶段。对于航空航天学家而言，这一点，也是需要克服的关键点。

四、结语

随着近些年来我国经济的不断发展于提升，对于航空航天行业的进步，可以说是发生了巨大的改变。21世纪，可以说是科技代表劳动力的新世纪，只有更好的发展自身的科学技术以及自身的实力。才能够在未来的科技对比中，拥有更多的竞争力。相信在不久的将来，随着我国科研技术的不断提升和对于航空航天技术的发展进步。在航空航天领域，我国一定能够取得更好的成绩和更大的进步。

作者简介：冀潇（2000-），女，汉族，河北保定人，就读于河北衡水第一中学。