不知道大家发现没有，在地面上我们发射一个火箭，在它穿越大气层的时候，基本上看不到箭体燃烧。
而当火箭的返回舱从外太空回来，在穿越大气层时，会看到舱体表面像燃烧了一样，形成一个大火球坠向地面。那么，为何火箭都是穿越大气层，在穿越的过程中为什么会表现出不一样的情形呢？在回答这个问题之前，需要先阐明一个问题，那就是物体在高速状态下发热甚至燃烧的原因。在一般情况下，一个物体在快速运动时，只要不是处于绝对真空的状态，那么它势必会与周围的环境空间产生摩擦，比如，火车车轮与铁轨之间、飞机与空气之间等等，在摩擦力的作用下，使得一部分动能转化为热能释放出来，从而提升物体表面的温度，这是一种通常情况下的摩擦生热，在较高运动状态下的火箭，在穿越空气中也会或多或少存在这种现象。不过，还存在一种热能转化的情况，并非完全是由摩擦力做功产生的，而是由于对周围气体的压缩所产生，比如我们用密闭性很好的气筒打气，气筒的承压部分过一会儿就热起来，这个热量的产生，并非全是由活塞和筒壁的摩擦造成的，恰恰相反，摩擦生热的占比只是很小一部分，更多的热量是由空气的压缩所致，空气的内能在巨大的压缩比下转化为分子的动能，在空气分子的相互碰撞下又转化为热能。明白了上述道理，我们就能解释火箭发射时看不到燃烧、而返回时却能看到剧烈燃烧的第一个原因，那就是返回时的速度更快，对空气的压缩程度更高。因为火箭在发射时是从速度为0开始的，需要不断地克服地球引力的作用，是一种缓慢脱离的过程，在穿越比较浓密的大气层时速度只有2-3公里/秒之间，相比较而言，火箭的返回舱在返回地球大气层时，一般都是先进入转移轨道，然后再进入绕地轨道，其初始速度基本上都达到第一宇宙速度，即7.9公里/秒，有时还会与地球的公转速度相叠加，所以在进入大气层之后的“初始速度”是非常高的。因此，发射和返回时火箭的运行速度差别很大，在更高速度下，火箭体有更大的几率推动前方空气的剧烈压缩，在此过程中产生的巨大热量，在高速运行过程中的辐射扩散速度远远跟不上能量转化的速度，因此火箭体前端的空气分子被加热到等离子状态，气动加热时会产生向内的强烈激波，作用于火箭体的内部，一些结构松散的结构就会在强大的激波冲击下裂解，这也是一些高速冲入地球大气层的陨石边燃烧、边爆炸裂解的原因。相比较而言，发射火箭时，由于速度是逐步提升的，而且在空气密度较大的下层空间时，火箭体的速度根本形成不了规模性、非常明显的空气等离子化和激波作用，我们从外界就难以观察到“燃烧”现象。第二个原因，就是火箭发射时，为了保障所携带各种卫星、设备和仪器的安全，确保发射成功，对火箭体特别是前端都做了特殊处理，比如设置必要的整流罩，具有超强的耐高温、耐烧蚀等功能，最大限度保障火箭有效载荷的完好。而火箭在返回进入到地球大气层之后，由于已经运行了很长时间，各种防护措施已经非常缺乏了，除非特殊情况需要保留部分仪器设备、相关采样样品外，没有非常有效的防护措施，有时只能依靠吸热、辐射、烧蚀的方式主动去增加热量的产生，从而最大程度地实现降速。第三个原因，从火箭的运行轨迹来看，发射和返回也是截然不同的。一方面，发射时所经过的大气层空气密度，是越来越稀薄，对箭体的摩擦和损坏是越来越小的，返回时正好相反，越靠近地面，空气密度越大，摩擦效应和激波效应越强烈。另一方面，在火箭发射时，是要用尽可能地快速脱离地球大气层的环境，减少空气的摩擦和无谓的损耗，所以一般选择垂直发射的方式。但是返回时，要尽可能快带地将“初始速度”降下来，减轻返回箭体在降落到地面时的冲击，所以要尽可能地加大返回时与空气的接触面积、延长在大气层中的穿越路程，所以火箭返回时往往采用梯级跳跃即“打水漂”的方式，最终呈现一种抛物线式的降落途径。综上，我们之所以看到火箭发射和返回，在燃烧与否方面存在巨大的差异，这是与火箭在前后两个阶段在运行速度、空气动力学、功能设计、空气密度变化等方面，均有着明显差异所共同作用的结果。
