大气层中的火球，真是空气摩擦导致的吗？

SpaceX的星舰进行了第三次发射试验，吸引了全世界的眼球。尽管这次只有发射，没有回收，但还是让人类朝着低成本太空运输，前进了一大步。也许星舰的下次试验，你就能看到这枚超重型火箭的回收过程了。航天器回收所面临的挑战众多，其中之一就是要战胜其返回大气层所产生的高温。

比如2003年哥伦比亚号航天飞机失事，就是因为隔热系统损坏，飞机被高温穿透并解体。再比如，神舟飞船返回舱安全回到地面过程中，就像一颗闪亮的星星，其温度可达约2000度。

至于为什么高温就能看见光呢，并不在今天研究范围内，不过也可总结一句话帮你理解：温度升高后其发出的电磁波波长变短，到可见光的范围就能被人看到。

所以，飞行器的回收过程，克服高温就十分重要。今天我们暂不讲用什么技术克服高温，先说个更基础的：这些高温是怎么来的？我猜你的第一反应，很可能是空气摩擦，摩擦生热。包括很多新闻媒体在报道时，也常用摩擦生热这个说法。

但从空气动力学的角度看，这说法并不准确。

摩擦力的计算公式是这样的，大小和相对速度的平方成正比。意味着速度越大摩擦力就越大，产生的热量也就越多。

用流体仿真软件AICFD计算一下，航天飞行器通常是超音速飞行，我们用3马赫数的速度做示例。

计算后，从速度云图可以看出，前方速度小，两侧速度大，按摩擦力公式，如果摩擦生热为主导，那么两侧温度应该更高。

而我们再看温度云图，却是前方温度更高。这点在相关材料中也得以佐证。那么就意味着除了摩擦这个生热的原因外，还隐藏着另外更重要产热因素，是什么呢？

“气动加热”，简单解释是固体在气体中高速运动压缩气体后被加热。说到气动加热，先看看这个，熟悉吗？初中物理的空气压缩引火试验。

封闭空间，内部就是常规的空气，向内移动活塞，压缩空气，对其做功，空气内能增加，温度升高，棉花被点燃。

总结一下，就是压缩气体会使其温度升高。但你可能会想，这和气动加热

有什么关系啊？气动加热是高速物体在敞开空间中运动，而这是低速活塞压缩密闭空间。但你把思路打开，先把密闭空间变敞开，活塞向前，空气会跑，肯定不会被压缩对吧，这是因为压力波会通知前方空气，让其为活塞让路。但压力波传播速度是声速，如果活塞运动的速度接近甚至超过声速呢，压力波根本就来不及通知前方空气。所以，空气分子就都挤在一起，就这样在开放的空间被压缩了，进而空气温度升高，温度计算公式是这样的，飞行器你可以理解成就是个高速运动的活塞。

按照这公式，以音速运动，也就是1马赫，被压缩的空气温度将变为原来的1.2倍。5

而高温空气再通过辐射，将热量传给飞行器。飞船返回舱穿过大气层时，速度能达到8km/s。即便粗略按地表音速算，也达到了23个马赫。飞行器前方迎风面能达到2000度也就可以理解了。

气动压缩离不开高速运动，常见的就是在航天领域，但带来的却是负面影响，增加了航天器回收的难度。

但是，气动加热也有点儿好的方面，而且很浪漫。夜晚，望向星空，发现颗颗流星划过，恋人们双手合十虔诚许愿。

而我，只希望气动加热一定要给力，趁落地前把陨石烧干净，千万别砸到我。好了，本期就到这了~下期见！拜拜~