科普|飞船进入“黑障区”如何防护？

腾讯太空 · 公众号 · 探索 · 2017-08-04 21:03

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航天器进入大气层的方式分为 弹道式 、 弹道·升力式 和 滑翔式 三种。早期的飞船多采用弹道式返回，像炮弹一样，沿着一条很陡峭的路径返回。不过，由于这种返回方式不能进行落点控制，因此着陆点的误差较大，其过载也较大。

飞船返回舱进入大气层时的模拟情景

弹道·升力式返回的航天器一般都采用 钟形结构 ，这种结构在穿越大气层时会产生一定的升力，因而能够对飞行轨迹进行一定控制，落点准确度较高、过载较小。美国的阿波罗系列飞船、俄罗斯的联盟系列飞船都是采用弹道·升力式返回。滑翔式返回主要用于航天飞机，这样返回大气层的过载一般不会超过1.5G，即人体承受能力的衡量标准，1G表示自身重量的一倍。

当航天器进入大气层时，飞船会以每秒数公里的速度与大气层进行摩擦并形成高温。由于我国的神舟系列飞船和俄罗斯的联盟系列飞船采用的都是一次性使用方式，因此，防热技术采用的是烧蚀防热方法（烧蚀防热是有意识地让表面部分材料烧掉，将热量带走，以达到保护飞船内部结构的目的），即在飞船外表使用一种瞬间耐高温材料。

另外，当飞船表面达到很高的温度时，气体和被烧蚀的防热材料发生电离，形成一个等离子区，就像一个套鞘似地包裹着返回舱。这时就会在返回舱的周围形成一层高温电离质，因为等离子体能吸收和反射电波，这时就会在返回舱内部与外界无线电通信之间形成一道电磁屏蔽，也被称为“黑障区”。在这段时间里，地面无法通过任何遥控方式对飞船进行控制，因此， 所有的操控都必须由航天员自己完成。 由于高空、高温、高速、高重力加速度和无法通信，这一阶段是飞船在返回大气层时的最关键阶段，也是事故易发阶段。