中国最近公布了其计划在2020年代用于载人和载货进入太空的飞船设计图，这款设计看起来惊人地熟悉。平顶、倾斜的侧面和宽大的底部，如今所有正在开发中的载人飞船看起来都像水果软糖。这个形状是从哪里来的？
你可能从把阿波罗宇航员送回家的飞船上认出它。除了少数例外，载人航天自那时以来几乎没有多大变化。联盟号飞船今天也使用类似的形状，而SpaceX、波音和NASA都在设计几乎完全相同的新飞船。
所有这些飞船之所以相似，是因为飞船设计者必须应对三个相互竞争的变量：重量、空间和热量。
“重量是头号问题，”佛罗里达大学航空航天工程师、近期书籍《载人航天器设计原理》的作者Pasquale Sforza说。“所有东西都必须严格为重量而设计。”
宇航员需要尽可能大的空间来完成工作并保持舒适。但飞船每增加一磅重量，发射成本就可能增加10,000美元。为了最大化空间，飞船设计者喜欢使用球形。它们能在最小化表面积（墙壁）的同时，最大化内部容积。
“重量是头号问题。”
但完美的球体不行。当飞船以每小时17,000到25,000英里的速度返回地球时，它们会穿过空气并产生大量摩擦。摩擦会产生危险的热量，飞船的形状决定了飞行器会变得多热。
在早期将物品送入太空再返回的时代，工程师们尝试了尖头飞行器。那些尖锐的鼻锥在减少阻力和高效穿过空气方面效果很好，但不幸的是，它们在尝试重返大气层时融化了。
是NASA航空工程师Harry Julian Allan提出了使用钝头重返大气层飞行器的想法，就像我们今天使用的那样。
一旦建造完成，猎户座、载人龙飞船以及其他飞船将底部朝前落入大气层。它们宽大的底部将在下降过程中与空气分子碰撞。这些粒子会从飞行器上反弹并撞击迎面而来的空气。这会在飞行器周围形成一层空气，使飞行器产生的冲击波不会接触到它。这层空气可以保护飞船免受重返大气层时的高温影响，并塑造其周围的气流。
相比之下，尖锐的头部会接触到冲击波，使飞船最前方暴露在极高的温度下。
同样，狭窄的球体在偏转热量方面效果不佳，但更大的球体又会过于笨重，难以维持实际重量。所以结果就是介于两者之间。飞船设计者给这些飞船提供了非常大的球体圆底，但削掉了侧面以减轻不必要的重量。
猎户座工程师Stuart McClung说，圆形的底部很重要。“如果你把它做成平的，效率会非常低。这就像把一块平板推过水——压力波可能会让它变得非常颠簸和混乱。”
飞船的侧面逐渐变窄到顶部，因为当飞行器底部朝前重返大气层时，它会以一定的角度进入，在 Atmospheric 中滑行，而不是直接下落。倾斜的侧面意味着在滑行过程中，飞船暴露在摩擦中的部分较少，这意味着侧面不需要额外的隔热板，这会使飞行器更重。
航天飞机呢？
退役的航天飞机是“水果软糖规则”的一个例外。本质上是一架飞机，航天飞机设计成水平降落在跑道上，以便以后重复使用。但它仍然遵循与阿波罗系列飞船相同的规则。航天飞机不是机头朝前进入大气层。相反，它以一个急剧的角度接近地球，使其宽大的底部朝向大气层——基本上是肚子朝下地“翻滚”进入地球大气层。
水星号和双子星号飞船也与“水果软糖”形状略有不同。这些飞船更像漏斗形，狭窄的圆柱形顶部逐渐变宽成熟悉的锥形底部。就像阿波罗飞船一样，那个锥形底部首先进入大气层。拉长的部分只是汽车后备箱的航空当量。
Sforza解释说：“如果你要去骑自行车旅行，但你的后备箱里没有足够的空间放自行车，你可能会把它绑在汽车顶部。”水星号和双子星号飞船也是如此。
然而，Sforza说，“把所有东西都挂在飞船后面不是个好主意。这可能会给你带来一些不好的稳定性问题……随着时间的推移，人们发现阿波罗的解决方案确实是最好的折衷方案。”
