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“摘星星的妈妈回来了！”对于航天员王亚平的小女儿来说，妈妈就是上天打怪兽的女英雄，是全家的骄傲更是民族的骄傲！！！然而人们并不了解，航天员遨游外太空时固然帅气，回家的过程却极其凶险。 当飞船返回舱坠入地球时，不仅速度极快，还要由于大气层的摩擦，让飞船返回舱外层温度一度飙升到2000℃，直到安全落地宇航员们才真正安全。 那么宇航员为什么不选择安全的方式回家？要不惜以燃烧的代价高速穿越大气层，以乘坐“火炉”的方式回家呢？  乘“火炉”回家？那是因为黑障区宇航员从外太空进入大气层时，导致返回舱全身冒火并且与地球失联的过程就是黑障区。 黑障区大约出现在地球上空35公里-80公里的大气层之间，持续时间为4分钟左右。当然这并非是大气层中有小黑屋，或者什么特别磁场让太空返回舱与地面失去联系。 而是因为返回舱返回大气层时，飞行速度极快，可以达到音速的几十倍甚至几百倍，这就让返回舱前端与大气层空气形成了一个很强烈的摩擦，这也叫气动加热。  气动加热让返回舱表面的分子被分解和电离，形成一个等离子层。由于等离子体具有吸收和反射电磁波的能力，因此包裹返回舱的等离子体层，实际是一个等离子电磁波屏蔽层。这就让地面的信号无法及时传达给返回层，形成可怕的断联黑障区。 而黑障区不仅仅具有断联风险，由于大气层空气摩擦，返回舱船体外壳还会燃烧到2000℃高温，此时的返回舱就是一个熊熊燃烧的“大火球”，还有可能由于高温使得返回舱框架变形，导致坠毁。 比如2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机由于外壳材料不过关，在受到星际间物质撞击后，产生了轻微的裂缝，当飞机返回与大气产生剧烈摩擦时，哥伦比亚号航天飞机无法经受黑障区熊熊烈火的考验的，导致七名宇航员全部葬身蓝天。  （哥伦比亚号航天飞机） 由此可见，宇宙飞船从外太空返回地面所经历的黑障区，从始至终都伴随着意想不到的可怕风险。 那么问题来了，难道航天飞船返程时非要以超高速度穿越大气层吗？有没有什么方式避开黑障区呢？ 无法慢下来？为何返回时必须经历黑障区？很遗憾，以目前的科技并没有任何办法避开黑障区。其实人类从第一次飞船升空时就体验到了黑障区的危险，也一直致力于消除它。比如2022年6月5发射成功的神舟14号飞船就安装了消除黑障的装置，效果也非常显著。然而唯独宇宙飞船从外太空返回地球时，没有任何办法避开可怕的黑障区。 这是因为宇宙飞船飞回地球的速度实在是太快了。由于地球有强大的引力，所以海洋等万物被牢牢束缚在地面上。如果宇宙飞船想要成功飞越外太空，就要以每秒钟11.2公里的速度逃离地球引力，这也是称作第二宇宙速度。 那么同样的，如果在外太空巡回的宇宙飞船想要成功返回地球，必须也要以第二宇宙的速度在外太空驱动，然后坠入大气层。  （太空飞船返回舱结构） 当宇宙飞船返回舱坠入大气层时就会关闭燃料装置，让返回舱在大气层中做自由落体运动。可宇宙飞船返回舱本身巨大的重量再加上强大的地球引力，让返回舱的降落速度始终无法慢下来。 相信看到这有人就要问了，为什么不用反向点燃装置，让宇宙飞船慢慢降落呢？这是因为地球大气的最外层非常稀薄，引力也不够大，而黑障区又在地球上空的35-80公里之间。 返回舱要想反向点火必须在黑障区之前就启动，如果掌握不好燃料火力，反而会让返回舱重新回到外太空中。而且反向点火装置必定耗费大量的燃料，由于空间有限，宇宙飞船往往提供单程燃料，双程燃料也会让资金消耗变得巨大，怎么算都得不偿失。  既然反向加速这个方案行不通，可不可以在黑障区之前就打开降落伞呢？ 这恐怕比反向点火装置更难。一般来说，返回舱在返回地球时会有引导伞、减速伞和主伞。大约距离地面13公里的时候，就可以先打开引导伞来帮助后续的伞了。  而其中主伞的面积大约1200平方米，全部展开后相当于三个篮球场那么大，别看神舟飞船的主伞是庞然大物，整体的重量却相当的轻盈，还不到一百公斤，整体收拢后甚至可以装进家用冰箱里。 从这可以看出，返回舱的降落伞非常大又非常轻薄，但是返回舱在黑障区时速度又不是一般的快，如果贸然打开降落伞，那么迎来的只有两个结果：不是主伞被撑破，就是主伞被快速的空气摩擦烧光。  （工作人员整理降落伞伞面） 所以提前开伞这个方案在无形之中也被剔除。既然宇宙飞船返回舱重返地球时必须经历黑障区的熊熊烈火，那么返回舱又是以什么方式保护宇航员不受高温影响呢？ 应对2000℃高温？返回舱外壳有黑科技为了让航天员不受高温炙烤，国家航天科研团队为返回舱外壳运用了最坚固的“防热衣”——蜂窝状防热材料。 当返回舱再入地球大气层时，蜂窝状隔热材料表面会进行高温烧蚀，融化和升华，带走大气层摩擦产生的巨大热量，保证返回舱的舱内温度始终在30度左右，可以让航天员在返回舱内睡得安全与舒适。  我国航天专家又说，由于返回舱对安全性要求极高，所以防热材料不仅要耐高温，还要高强度，重量轻。为了满足这三点要求，研究人员在防热材料上进行了几千次实验，最终发现蜂窝状的防热材料最满足需求。 如此一来，航天员即使在熊熊烈火中，也可以安全回家了。  写在最后：国家研究院经过反复对比发现，反向装置燃料耗资巨大还容易出现意外；而提前打开降落伞更需要精准预测天气预报，甚至提高伞的质量。 相比之下，自由落体式虽然要经历2000℃高温的烈火，看起来十分不安全，但最危险的方式反而经济实惠，成了最安全的选择。而我们每一位航天员，都是人类当之无愧的英雄。 参考文献： [1] 袁忠才,时家明.飞行器再入大气层通信黑障的消除方法[J].航天器韩静工程.2012. [2] 王唯,关仰泽.关于黑障问题的探索[J].863航天技术通讯,1999 作者：小羊 审核：henna 校稿编辑：李子 |
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