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黑障區
鎖定
- 中文名
- 黑障區
- 發生地點
- 地球上空35到80千米的大氣層間
黑障區簡介
黑障區分佈
黑障區大約出現在地球上空35到80KM的大氣層間。宇宙飛船在通過黑障時,船體外殼將達到2000攝氏度的高温(高温有可能會使船體框架變形,導致墜毀),並因此會喪失與外界的無線電聯繫(高温使飛船周圍的空氣電離形成等離子體,屏蔽了電磁波),從而地面人員無法得知飛船的實時狀況。
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黑障區原因
黑障是怎樣形成的呢?我們知道,所有飛行器返回大氣層的時候,飛行速度極高,可以達到音速的十幾倍到幾百倍。這就使飛行器的前端形成了一個很強的激波。由於飛行器頭部周圍激波的壓縮和大氣的粘度作用,使高速飛行的動能大量轉化為熱能。飛行器表面達到很高的温度時,氣體和被燒蝕的防熱材料均發生電離。於是,在飛行器的周圍形成一層高温電離質,等離子體鞘和電磁波相互作用,從而導致用於通信的電磁波傳輸衰減或反射,此時,地面與飛行器之間的無線電通信便中斷了。
黑障區研究
從20世紀50年代起人們就開始研究黑障及其消除方法。
一方面通過設計比較理想的再入體的外形和噴灑某種消除等離子的材料來消除或減弱等離子鞘;另一方面改良通信與測量的方法和設備,以減弱黑障區的影響,例如,提高信號的頻率和功率,將天線安裝在等離子鞘最薄的位置等。但是這些方法只能縮短信號中斷的時間,還不能完全解決再入黑障問題。另一種設想是用毫米波或激光穿透等離子鞘來解決再入通信中斷問題。
飛船返回艙返回大氣層後,由於氣動加熱,貼近返回艙表面的氣體和返回艙材料表面的分子被分解和電離,形成一個等離子層。由於等離子體具有吸收和反射電磁波的能力,因此包裹返回艙的等離子體層,實際是一個等離子電磁波屏蔽層。所以當返回艙進入被等離子體包裹狀態時,艙外的無線電信號進不到艙內,艙內的電信號也傳不到艙外,一時間,艙內外失去了聯繫,這就是黑障現象。黑障的範圍取決於再入體的外形、材料、再入速度,以及發射信號的頻率和功率等。黑障區給載人飛船再入返回時的實時通信和再入測量造成困難,尚無很好的解決辦法。好在造成屏蔽的時間很短,而且當返回艙出現黑障時,是處於正常下降軌道狀態,沒有無線電測控也影響不大,僅4分鐘左右返回艙降至稠密大氣層開傘減速後,黑障即可消除。
2023年6月4日清晨,神舟十五號載人飛船成功着陸東風着陸場,科技人員對其在穿越黑障區時的穩定跟蹤,表明中國在載人飛船返回穿越黑障區跟蹤測量難題上取得重大突破
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。10月31日,神舟十六號三名航天員返回東風着陸場。順利穿過“黑障區”
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黑障區風險
在黑障區,由於返回艙跟地面控制中心片刻失去通訊,且與大氣層的摩擦會產生上千攝氏度的高温,這段期間航天員最危險。如果不採取防熱措施,航天員將無法承受,返回艙結構也會受損毀。以前的航天員無防範,萬一因為太空船在這裏燒船就會殉職。現今的航天員必須穿着宇航服經歷這個黑障區。
黑障區示例
黑障區影響因素
- 參考資料
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- 1. 什麼是黑障區 .四川航天技術研究院.2009-04-08[引用日期2012-07-01]
- 2. 黑障對飛船返回艙再入返回有何影響? .中國航天科技集團公司.2012-02-06[引用日期2012-07-01]
- 3. 持續更新丨神十四航天員乘組正在返回,返回艙進入“黑障區” .百家號.2022-12-04
- 4. 載人航天常見術語知識帖 | 測控通信篇 .中國載人航天.2023-01-31[引用日期2023-01-31]
- 5. 祝賀!重大突破 .新華社[引用日期2023-06-04]
- 6. “發現目標”到底發現什麼?這句話的背後是重大突破! .央視網.2023-10-31