每次看到飛船返回艙成功著陸，把太空人安全送回地球，大家是不是都超激動？

但你有沒有好奇過，為什麼各國的返回艙都是用平底設計呢？

神舟十五號的返回艙

阿波羅返回艙示意圖

安全返回的“護盾”

在探索如何保障返回艙安全返回的過程中，解決返回艙與大氣層高速摩擦產生的熱量問題成為了關鍵點之一。 20世紀中期，美國加州埃姆斯航太研究中心主任朱利安・艾倫投身於相關研究。 他在測試中發現，當再入大氣層（彈道導彈彈頭、返回式航太器的返回器等再入體由外層空間再次進入地球稠密大氣層）的航太器以極高速度在空氣流體中穿梭時，周圍空氣密度會發生顯著變化。 而光線在穿越這些密度不同的空氣層時，會因折射現象產生明暗不同的成像效果，這便是“暗影圖像”。

暗影圖像

艾倫敏銳地意識到這一發現的價值，經過深入思考與研究，他提出了一個具有創新性的觀點：再入飛行器應當採用更為平緩的鈍形迎風面。 當返回艙再入大氣層的時候，底部前方會產生一道很強的激波，這激波就像給返回艙穿上了一層“超級護盾”，能夠擋住大部分熱量，不讓返回艙其他地方被燒得太熱。 在鈍形底部裝上防熱盾，也就是防熱大底，就能把大部分的熱量牢牢擋住，不用把整個返回艙都做成高強度的防熱結構。

形狀變革中的突破

我們已經知道返回艙普遍採用“平底”設計，那麼，除了這個大家熟知的特點，還有哪些因素在返回艙形狀設計過程中發揮了作用呢？

返回艙在再入大氣層的時候，會碰到兩個“厲害角色”，一個是阻力，一個是重力。 空氣裡有氮氣、氧氣和二氧化碳這些分子，返回艙往下落的時候，就會撞到它們，下落的速度也會因此變慢，這就是阻力的作用。 不過返回艙下落的速度，主要還是受重力影響。 還有個對返回艙很有説明的力——升力； 升力能幫忙控制返回艙的飛行路線，這樣作用在返回艙上的重力就變小了。 由於返回艙在高海拔的稀薄空氣里待得越久，吸收和傳導的熱量就越少，相應的進入返回艙的熱量也會減少。

返回艙再入大氣層時會受到空氣阻力、重力、熱量等各種因素的影響。 這些因素對返回艙的安全返回至關重要。 那麼返回艙是從一開始就是底大頭小的形狀嗎？ 在航太發展的歷程中，返回艙的形狀又經歷了哪些變化呢？

最早期的返回艙形狀是球形返回艙。 球形返回艙外觀設計符合一定的空氣動力學原理，具有一定的穩定性。 但由於它幾乎沒有升力，升阻比極小、橫截面也較小，因此它無法藉助空氣阻力有效減緩速度。 這意味著在返回過程中，它難以控制飛行軌跡，並且承受的衝擊力較大，這會對太空人的安全和設備的完整性會構成威脅。

為解決這些問題，科學家們不斷探索，進而出現了鍾型和圓錐形返回艙。 這種形狀的返回艙在進入大氣層時不怕氣流擾動，升阻比較好，著陸時穩定性佳，能有效保障返回任務的順利進行。

在很多人的印象里，返回艙似乎總是堅硬無比、能承受高溫，而且用過一次就不再使用了。 但其實，航天工程師們正致力於研究一種極具創新性的柔性充氣式返回艙。 它堪稱一種全新的返回艙降落保護裝置，未來有著極為廣闊的應用前景。 它的一大優勢是體積小巧，在未來的發射任務中，航太器可以攜帶多具這樣的返回艙。 這意味著它能夠執行多次返回飛行任務，大大提高物資從太空下行運輸的效率，同時還能有效降低成本。

當前，柔性充氣式返回艙相關技術在全球都還處於探索進程之中。 實際上，早在21世紀0年代，美國就率先開啟了充氣再入技術的研究之旅。 然而，由於當時放熱材料的性能存在局限，這項技術始終沒能發展成熟，無法投入實際應用。 0世紀初，歐洲航太局和俄羅斯宇航局也相繼加入了探索的行列，啟動了有關充氣式再入和減速技術的專案。 遺憾的是，這些嘗試最終都沒能收穫圓滿成功。

若這項柔性充氣式返回艙技術得以成功應用，未來在開展空間站與地球之間，乃至月球與地球之間的貨物運輸時，成本將大幅降低。 這意味著人類能以極低的成本進行太空貨運，極大地減輕太空運輸負擔，讓太空資源開發變得更具經濟效益，助力人類在宇宙中邁出更遠的步伐。

部分資訊來源於：知網、環球網等

（科學性審核：李良，中國空間學會科普與教育委員會委員）