2023-09-25 美首个小行星采样任务样本返回地球

在9月24日，一艘带着珍贵外星样本的无人飞船回到了地球附近，在距离地球大约10万公里的宇宙深处释放了一个样本舱，这个携带了大约250克样本的样本舱成功降落到美国犹他州//www.czybx.com沙漠。从发射升空，到成功返回地球，这艘无人飞船已经飞行了差不多7年时间，飞行里程也接近了64亿公里，相当于地球与太阳距离的42.67倍。

2016年，美国发射了一个小行白熊资讯网星探测器，也就是OSIRIS-REx探测器。在发射升空后没多久，OSIRIS-REx探测器便朝着距离大约2.8亿公里远的贝努小行星飞去。在2018年12月31日，OSIRIS-REx探测器来到贝努小行星附近，开始进入环绕小行星的运行轨道。在2020年10月20日，OSIRIS-REx探测器成功降落到小行星表面，利用机械臂从小行星表面采集到了大约250克岩石和尘土样本。

在完成样本的采集后，探测器从贝努小行//www.czybx.com星表面起飞，继续环绕贝努小行星飞行了差不多半年时间，在2021年5月10日，OSIRIS-REx探测器带着有小行星样本开始返回地球。

经过2年4个月的飞行，OSIRIS-REx探测器终于回到地球了。在9月24日，OSIRIS-REx探测器从低功耗模式中被唤醒，在距离地球大约10.2万公里的高空中飞过时，“扔出”一个样本舱。

在释放出样本舱大约20分钟后，OSIRIS-REx探测器再次启动发动机飞走，离开地球轨道，开展下一个任务，朝着小行星阿波菲斯飞去，预计2029年就会到达小行星阿波菲斯附近，然后对这颗小行星进行为期18个月的探测。

样本舱从探测器释放出来时，轨道和方向都非常关键，哪怕出现最轻微的偏差，都可能会导致任务失败。因为这个样本舱在返回地球过程中，还会面临很多考验，其中一个就是高速穿过地球大气层时会剧烈燃烧起来，出现偏差可能会直接烧毁，甚至可能直接偏离地球，没法重返地球。

正如NASA工程师所设想的那样，OSIRIS-REx探测器样本舱以接近4.45万公里每小时（也就是接近12.4公里每秒）的速度接近地球，在4个小时后顺利进入地球大气层，在地球大气层中飞行了大约13分钟后，顺利降落到美国国防部犹他试飞训练区。

在降落到地面大约1个半小时内，样本舱就被直升机运输到了训练场机库内的临时洁净室。从现场拍到的照片中，我们可以看到这个样本舱的外部烧得黑不溜秋、面目全非，这是怎么回事？飞船返回地球的过程中到底遭遇了什么？

当时这个样本舱在进入地球大气层时，直接化作了一个从天而降的熊熊火球，周围都被熊熊大火www.czybx.com包围着。不过，在样本舱的外部有一个隔热罩，能够保护样本舱以及内部的小行星样本不被烧毁。为什么样本舱在返回地球时会被熊熊www.czybx.com大火包围着，就像是燃烧的火球呢？在发射升空时，为什么不会出现这样的情况？

其实，不仅是这个探测器的样本舱在返回地球时会出现剧烈燃烧的现象，其他的载人飞船、货运飞船、探测器、卫星在重返地球大气层时一样会出现这样的情况，包括探测器在登陆火星或者其他有大气层的星球时一样会剧烈燃烧起来。

这是因为地球、火星有一个大气层，而飞船返回地球、登陆火星时速度比较快。以这个OSIRIS-REx探测器的样本舱返回地球的过程为例，它的速度高达4.45万公里每小时，也就是接近12.4公里每秒，这个速度相当快，已经比地球的第二宇宙速度（即逃逸速度）更快了。

当探测器以这么快的速度闯入地球大气层时，空气阻力就不能忽视，这时候气动加热效应会非常强烈，探测器外部的温度高达2900℃，于是从外面看去，这个探测器好像就是一个燃烧的熊熊火球。

不过，由于样本舱外部有一个隔热罩、保护罩，烧蚀材料、隔热材料能够保护样本舱不被高温灼烧。即使外部温度高达几千摄氏度，但是样本舱内部的温度还是比较舒适的，对小行星样本的影响也不会非常大，更不会将探测器融化。

随着样本舱的高度不断下降，空气阻力越大，速度就会越来越慢，最终在达到一定的高度时，燃烧现象就会结束。最后在适当的高度，探测器开启了降落伞进一步降速，最终降落到着陆场。

至于为什么发射时，探测器不会出现剧烈燃烧现象，原因很简单，那就是发射的过程中，飞船、探测器、火箭组合体处于加速的状态，速度从0开始加速。在地面空气阻力虽然很大，但是一开始火箭、飞船组合体速度很低，气动加热效应不强烈没法燃烧。随着高度不断上升，火箭、飞船组合体速度会越来越快，但空气会越来越稀薄，这时候气动加热效应一样不够强烈，没法剧烈燃烧起来。

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