空氣動力加熱取決於大氣層的密度和移動的速度。密集的空氣和高速意味著更多的熱量。當火箭發射時，它從大氣中最稠密的那部分的零速度開始，並逐漸加速成為稀疏的空氣；因此，在發射剖面期間，大氣加熱量很小。重新進入時，它不是以零速度而是以其軌道速度開始下降到大氣中，並且當它降落到地球時，隨著軌道半徑的減小，它正在加快速度。當它進入空氣緻密而導致發熱的時候，它正以驚人的速度運動，並且變得非常熱。

最近，我閱讀了使用隔熱罩進入地球的航天器。但是，當離開地球大氣層時，它不會加熱，因此不需要隔熱罩。為什麼會這樣？

發射中的太空飛船does發熱，只是沒有達到它重返飛行的程度。並以相同的原因升溫-大氣阻力，其中包括絕熱的空氣壓縮和大氣摩擦。發射和再入之間的主要區別在於它們是兩個不同的飛行曲線，旨在優化阻力變量（發射時阻力較小，再入時阻力更大）。 （這是一個簡化的陳述，用於解決OP關於車輛加熱的問題-實際的火箭發射和再入動力學是多變量優化。

在發射時，火箭會在飛行的最初階段嘗試增加高度，以進入空氣密度較低的高層大氣。然後，它切換到橫向速度狀態，以獲得獲得軌道所需的橫向速度。火箭輪廓試圖將阻力減至最小，因為這是浪費燃料。更少的阻力=更少的熱量。

查看下面的啟動配置文件。您會看到發射的初始時刻，相對於其高度，火箭的下移幅度不會太大。一旦它從大氣的稠密下部衝出，它便在飛行的後期開始側向移動。您甚至可以看到，最大空氣動力學力 Max-Q （拖動）在大氣中的承受力很低，主要是因為空氣的密度。

然後我知道，進入地球後，航天器會由於重力和作用在其上的阻力和摩擦等各種作用力而變熱。

重新進入時，飛行剖面經過優化，可承受更大的阻力，同時保持可承受的減速和熱負荷水平。他們這樣做是因為車輛需要釋放軌道速度（大約16,000 mph），而最便宜的方法是讓大氣阻力使您減速。該技術稱為氣動制動。因為他們設計了飛行剖面以產生更大的阻力（與發射相比），並且因為它穿透大氣的速度比發射時產生了更大的熱量。更大的阻力，更大的速度=更多的熱量。

產生的熱量僅來自能量守恆。車輛的速度通過（折返罩的）消融，絕熱空氣壓縮和其他作用而散發為熱量。車輛的動能轉化為熱能，導致速度損失。就像在汽車上一樣，停車時剎車會變得非常熱，因為它們已將車輛的 KE 轉換為熱能。

現在查看下面的重入配置文件。您會注意到它們的中間部分接近水平。那是進行空中製動的動作。

如果他們不使用航空制動，那麼車輛將必須攜帶足夠的火箭燃料以向運動方向射擊，直到相對速度足夠慢以至於下降而不會發熱和/或車輛解體。因此，這種沒有航空制動 的著陸方法（它在無氣的衛星上著陸的方式）是可行的，但是效率極低。

速度和效率。

試圖進入軌道的物體將​​在陡峭的拋物線中移動。您在大氣層中停留的時間越長，拖曳所損失的能量就越多，而拖曳所損失的損失就就越多，所需的燃料也就越多。因此，實現軌道的可靠策略是以最小的曲線到達目標軌道，然後燃燒直到擁有正確的橫向速度。造成這種情況的部分原因是，提高軌道速度會影響到軌道另一側180度以外的高度。

一個正在軌道運行的物體將失去速度（急速，請參見編輯說明1），並且您通常希望利用大氣來幫助您制動，因為製動用燃料是旅途中最昂貴的燃料。這意味著您進入軌道時的軌道速度仍然很高，並且至少需要8 km / s的速度才能保持低軌道。當您以如此之快的速度行駛時，空氣根本無法足夠快地擋開您的道路，並且每次壓縮物體時，都會將其加熱。

或者，如果您想得到一個簡單的答案：由於大氣層的加熱會消耗能量，因此您想在上升時盡可能避免這種情況，而在下降時要充分利用它。

對不起，如果這個答案聽起來不正確。 https://what-if.xkcd.com/58/所提供的詳細信息比我在此提供的要多得多，並且具有比我在該主題上更好的權限。 您可能還希望通讀 https://what-if.xkcd.com/24/和 https://what-if.xkcd.com/28/分別提供有關發射和重新進入配置文件的更多信息。

編輯註1：我想我應該對此更加清楚...一個試圖脫軌的物體正在試圖降低速度，但是說它一直在減速並不確定。

在去軌的第一部分中，物體的加速度在降低，而速度在增加，直到它完全處於亞軌道之前，它才開始適當地減速。不過，這可能會發生在航空制動在40-60公里範圍內的某個地方。峰值速度的確切位置取決於很多因素，包括物體的最終速度以及必須消耗多少燃料。

我很想做的一點是，一個想要脫軌的物體也想降低速度，以使其破壞性較小。

發射時，速度變化由火箭發動機提供。隨著火箭的飛行，它以火箭廢氣的形式拋棄了質量-通常，火箭初始質量的90％以上是推進劑。由於質量減小時推力幾乎保持恆定，因此發射過程中加速度會增加¹，因此大部分速度增加發生在飛行後期，當火箭位於大氣最稠密的區域之外時，壓縮熱量要少得多（儘管David Hammen是對的，但有效載荷整流罩的確需要對熱設計給予極大關注）。到達軌道速度的加速度會在相當長的一段時間內發生-通常是10到15分鐘，具體取決於發射器的設計。

再入時，變化是速度由空氣阻力提供；這顯然要等到重新進入的航天器處於相對密集的大氣中才能發生。一旦開始明顯減速，就會產生積極的反饋效果。隨著飛行器水平速度的降低，它會更快地失去高度²，從而使其進入更濃密的空氣中，從而使其減速更快。因此，絕大多數的減速發生在很​​短的時間（大約兩分鐘）內。在此期間，與軌道速度相關的所有動能都轉化為熱量。

¹大多數真正的火箭都是多級的，這使事情複雜化了，但對於粗略的近似仍然如此。

²在現實世界中，由於升力效應而變得複雜，可以抵消一些高度損失，甚至在跳入軌跡上將其抵消，從而允許重新進入階段及時延長，從而減輕了機組人員的重力和機身的最高溫度，但延長了加熱和應力的總持續時間。

理論上絕對沒有必要加熱航天器。

從本質上講，我們可以像飛羽一樣將航天器垂直上下移動... 理論上。其他答案沒有明確地說出來。

但是對於工程師來說，齊奧爾科夫斯基火箭方程和非常深的地球重力井是一個非常醜陋的問題。

$ v_e $受我們使用的推進劑的限制。實際上，我們實際上是在使用氫/氧（最低級為煤油）的最佳化學推進劑，因此沒有真正的優化方法。

$ ln \ frac {m0} {mf} $也已進行了盡可能的優化，火箭被剝離到絕對的最小最小值，但是10：1的比例接近技術極限。

儘管進行了每次優化，但這仍然不足以離開地球。

因此，我們需要幾個 個階段來實現軌道。這樣我們才能最終脫離地球，但是...我們如何回來？我們需要燃料來再次使我們放慢腳步，但我們並沒有真正節省燃料。

因此，工程師們決定使用大氣入口來通過隔熱罩減慢飛船的速度。 氣動制動是一種較柔和的方法，可以通過多次穿過大氣層來降低速度。如果我們有一個不符合火箭局限性的 torchship，那將是一件真正的好事，因為我們不需要危險和不必要的重返階段。

雖然它已經被正確回答，但建議您對其進行更好的了解：遊戲 Kerbal Space Program。雖然這當然不是對太空飛行的完美模擬，但足以讓您對其中的大部分有個很好的了解。

轉動得太早，您的火箭會過熱並將自身炸成碎片。即使飛行MechJeb（一個非常受歡迎的mod）所說的是一條最佳軌跡，當它在大氣層邊緣水平移動時，也會得到相當多的熱量。

雖然這看起來有些浪費，但通過反複試驗以不同的參數重複發射同一枚火箭卻顯示出，加熱所需的燃料比先爬高的要少。火箭的光滑前部在這裡是一個很大的因素-如果您要嘗試飛行不會在氣流中呈現出光滑面孔的可憎事物（展開僅在單個零件的水平上有效。較大的軸距可在低g的世界上製造出合理穩定的漫遊者，並且您最終可能會遇到無法裝卸整流罩的漫遊者），您需要在轉彎之前走得更遠。

航天器離開大氣層時確實會變熱。就像其他所有東西一樣，它們遭受空氣動力學加熱。但是，有一個主要的不同：方向。當您向上加速時，您正在越來越稀薄的大氣中旅行。這些部分互相抵消，使您的取暖合理。在下降的過程中，您正進入越來越濃厚的大氣中，並且必須隨身消散熱量。

例如，如果您是用電磁炮發射的，則一開始會經歷最大的發熱量，在低海拔地區（濃厚的大氣層），您的行進速度非常快。

如果您認為折返在加熱方面應該與發射更加對稱，請考慮以下問題：正在發射的火箭底部是一個巨大的憤怒的大火球，至少與折返一樣熱。

當繞地球運行的物體進入降落路徑時，它具有巨大的速度，因此具有巨大的動能，並且還具有大約m.g.h的勢能。因為100 km是6.7 k公里半徑的一部分，所以我們可以假設勢能等於上式。對於100公里高度的軌道，此速度約為8 km / s。

所以宇宙飛船的能量E = 1 / 2m（軌道質量）* V ^ 2 + m.g.100 km

幾乎所有這些能量，除了降落傘部署時0.1km / s的小速度外，都必須通過地球大氣的摩擦來消除！更糟糕的是，直到大約50公里的高度開始出現非常稀薄的空氣層並逐漸增加到海平面，大氣層的密度才變得重要。在很短的時間內，飛船的隔熱板上的巨大摩擦會產生極高的熱量和極高的溫度！

然而，在升空和爬升過程中，火箭和太空飛船最初非常緩慢地穿過稠密的空氣層，隨著速度的增加，空氣反而變稀，因此摩擦力保持在可容忍的水平！

我認為還沒有人提到過氣動升力的強大功能。航天飛機是可以滑行的有翼飛行器，即使其升/降比很小（小於1.0），減速時也可以實現非常平坦的滑行軌跡。這樣，它可以在仍處於大氣層上部的情況下燃燒掉許多速度，而當它撞到更濃的空氣時，它的行駛速度要慢得多。不帶升降機的倫特里稱為彈道導彈。它會產生更大的重力和加熱速率。

當航天器具有進入航天器進入平流層時所能重新進入的速度時，其起飛已經在同溫層之外。平流層僅延伸至海拔約100英里。

由於火箭是垂直起飛的，它將在不到8分鐘的時間內清除平流層，然後它才有速度在所述大氣層中引起任何明顯的摩擦。

另一方面，重返太空飛船正在利用大氣層降低軌道速度。它需要從8到10 km / sec的速度降到一個非常慢的速度，才能部署降落傘或降落在延長的跑道上。這是速度上的非常大的降低，而大氣中的摩擦就是實現這種降低的原因。由於摩擦會產生熱量，並且必須在大氣中花費大量時間來降低速度，因此必須使用蒸發式瓷磚隔熱罩。