神舟十三号返回过程中有这样一幕：返回舱穿越大气层时变成一个熊熊燃烧的火球，后面还拖着长长的火尾。虽然火光很耀眼，但大家却很揪心，因为火球中可是有三名航天员呀！很多人生怕太热了，一下子就烧没了。还好在这过程中时不时能听到航天员回复“感觉良好”。

在神舟十号任务返回后，王亚平曾谈到过在“火球”中的体验：

外面是几千度的高温，透过舷窗看到火烧得很红。耳朵能听到火烧得呼呼的，噼里啪啦的声音，这就是一个几千度高温的大火球。用开玩笑的话说，就像西游记里，孙悟空在太上老君炼丹炉里的感觉一样。

神舟十三号返回舱着陆后，舱体面目全非，有一面就像彻底烧焦了一样。那么问题来了，舱外2000多度高温，为何舱内航天员依旧能“感觉良好”？返回舱为何烧得这么黑？是防热材料不行吗？

升华

在一次公开课上，中国工程院院士王浚从物理角度回答了这个问题。王浚院士解释，返回舱时表面的防热材料受到高温会从固态直接升华成气态。

众所周知，冰加热会融化成水，水加热会形成水蒸气。其他物体也是一个道理，物体从固态转变成气态的过程是一个吸热的过程。

王浚院士表示，防热材料受热升华的过程可以吸收返回舱返回时的大部分热量。剩余的热量可以通过隔热层阻挡住，最终传递到舱内的热量会大大减少。舱内还有温度调节系统进行降温，从而保证舱内温度始终在25度左右。

防热材料的要求

在神舟飞船返回过程中，返回舱速度最高能达到8000米/秒。与大气层高速摩擦过程中，舱体大部分区域需要应对千度高温，底部边缘需要应对近3000度的高温。这是因为返回舱再入大气时底部朝下，边缘摩擦最为剧烈。为此返回舱底部会装上更耐热的防热大底加以保护。

此外，返回舱气动加热时间很长，飞船综合加热量可达到12万千焦/平方米，高温灼烧就会持续4-6分钟左右。

如果仅从物理的角度分析，用普通防热材料将返回舱裹上里三层外三层也会瞬间被烧穿。此外，返回舱对防热材料的强度也有严格的要求，只要防热材料出现一点裂痕就足以导致严重的后果。

2003年1月16日，美国哥伦比亚号航天飞机发射时，航天飞机与外挂燃料箱连接管道上，有泡沫碎块（用于保温）发生了脱落，砸到了机翼。这导致机翼上特殊材料制成的隔热瓦出现了25厘米的裂痕。

当天，哥伦比亚号完成任务再入大气返回，当速度达到近8000m/s时，机翼裂痕附近高达3000度的气体瞬间冲入机舱，最终导致飞机解体，舱内的乘客只找到了部分瞬间被高温碳化的肢体。

有人可能会说，那三层不够再来三层，强度不够就多来些材料压实点。然而问题并没有那么简单，返回舱的大小与重量需要满足火箭运载和任务的需求。

防热衣

为了解决返回舱防热，同时满足强度、体积、重量等问题。我国在西方卡脖子的情况下，从零开始，自主研发出了大量隔热材料。仅仅是为神舟系列研制的防热材料就高达100多种。

目前，神舟系列防热结构采用“全烧式”方案。这就是王浚院士说的，通过防热材料状态的改变吸走热量的方案。神舟系列的防热承力结构为蜂窝状，材料为玻璃钢。据神舟十三号返回舱防热结构工程师梁馨介绍，在相同材料，相同密度的情况下，蜂窝的强度是最高的。

蜂窝网格中填充的烧蚀材料是集防热、隔热、承载融为一体的复合材料。混合了酚醛空心微球、玻璃空心微球、增强纤维以及某些树脂等材料。这是根据神舟返回舱的数据，专门按照神舟返回舱的减重、防热需求开发的。

根据舱体各处受热情况不同，各处填充的防热材料配比、密度也不同，就连防热大底与大底边缘拐角处所填充的材料都不同。这样做可以在大大减轻重量的情况下，让返回舱的防热性能发挥到极致。

“焦黑”是技术强的体现

曾有小伙伴提问：神舟十三号返回舱烧得焦黑，外国的返回舱的颜色相对较浅，特别是美国SpaceX的龙飞船，可以重复利用，每次都跟新的一样，真的是技不如人?

返回舱舱体表面分为金属层与防热层。我国自主研发的锌合金材料，要比美国的铝镁合金的强度更高。由于不同国家、不同返回舱或飞船的防热方式不同，因此返回后舱体表面情况也不同。

我国采用的是“全烧蚀”方案，主要靠的是吸热，可以理解为通过充分“燃烧”材料达到防热效果。虽然烧得焦黑，但烧蚀后表面不会出现破损。如果舱体不是焦黑的，反而说明材料没有起到防热作用。烧得越黑，说明传入舱内的热量就越少。

实际上，由于我国制造能力大幅度提高，在烧蚀材料技术上，我国也比其他国家更强，包括美国。央视采访时，载人航天工程飞船系统总设计师张柏楠就曾表示：

我们不能老跟别人学，要做就做自己。可以说，在防热材料的设计上我国应该已经超过了美国。