“摘星星的媽媽回來(lái)了！”對(duì)于航天員王亞平的小女兒來(lái)說(shuō)，媽媽就是上天打怪獸的女英雄，是全家的驕傲更是民族的驕傲?。?！然而人們并不了解，航天員遨游外太空時(shí)固然帥氣，回家的過(guò)程卻極其兇險(xiǎn)。

當(dāng)飛船返回艙墜入地球時(shí)，不僅速度極快，還要由于大氣層的摩擦，讓飛船返回艙外層溫度一度飆升到2000℃，直到安全落地宇航員們才真正安全。

那么宇航員為什么不選擇安全的方式回家？要不惜以燃燒的代價(jià)高速穿越大氣層，以乘坐“火爐”的方式回家呢？

乘“火爐”回家？那是因?yàn)楹谡蠀^(qū)

宇航員從外太空進(jìn)入大氣層時(shí)，導(dǎo)致返回艙全身冒火并且與地球失聯(lián)的過(guò)程就是黑障區(qū)。 

黑障區(qū)大約出現(xiàn)在地球上空35公里-80公里的大氣層之間，持續(xù)時(shí)間為4分鐘左右。當(dāng)然這并非是大氣層中有小黑屋，或者什么特別磁場(chǎng)讓太空返回艙與地面失去聯(lián)系。

而是因?yàn)榉祷嘏摲祷卮髿鈱訒r(shí)，飛行速度極快，可以達(dá)到音速的幾十倍甚至幾百倍，這就讓返回艙前端與大氣層空氣形成了一個(gè)很強(qiáng)烈的摩擦，這也叫氣動(dòng)加熱。

氣動(dòng)加熱讓返回艙表面的分子被分解和電離，形成一個(gè)等離子層。由于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(shí)際是一個(gè)等離子電磁波屏蔽層。這就讓地面的信號(hào)無(wú)法及時(shí)傳達(dá)給返回層，形成可怕的斷聯(lián)黑障區(qū)。

而黑障區(qū)不僅僅具有斷聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)，由于大氣層空氣摩擦，返回艙船體外殼還會(huì)燃燒到2000℃高溫，此時(shí)的返回艙就是一個(gè)熊熊燃燒的“大火球”，還有可能由于高溫使得返回艙框架變形，導(dǎo)致墜毀。

比如2003年2月1日，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)由于外殼材料不過(guò)關(guān)，在受到星際間物質(zhì)撞擊后，產(chǎn)生了輕微的裂縫，當(dāng)飛機(jī)返回與大氣產(chǎn)生劇烈摩擦?xí)r，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)無(wú)法經(jīng)受黑障區(qū)熊熊烈火的考驗(yàn)的，導(dǎo)致七名宇航員全部葬身藍(lán)天。

（哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)）

由此可見(jiàn)，宇宙飛船從外太空返回地面所經(jīng)歷的黑障區(qū)，從始至終都伴隨著意想不到的可怕風(fēng)險(xiǎn)。

那么問(wèn)題來(lái)了，難道航天飛船返程時(shí)非要以超高速度穿越大氣層嗎？有沒(méi)有什么方式避開(kāi)黑障區(qū)呢？

無(wú)法慢下來(lái)？為何返回時(shí)必須經(jīng)歷黑障區(qū)？

很遺憾，以目前的科技并沒(méi)有任何辦法避開(kāi)黑障區(qū)。其實(shí)人類從第一次飛船升空時(shí)就體驗(yàn)到了黑障區(qū)的危險(xiǎn)，也一直致力于消除它。比如2022年6月5發(fā)射成功的神舟14號(hào)飛船就安裝了消除黑障的裝置，效果也非常顯著。然而唯獨(dú)宇宙飛船從外太空返回地球時(shí)，沒(méi)有任何辦法避開(kāi)可怕的黑障區(qū)。

這是因?yàn)橛钪骘w船飛回地球的速度實(shí)在是太快了。由于地球有強(qiáng)大的引力，所以海洋等萬(wàn)物被牢牢束縛在地面上。如果宇宙飛船想要成功飛越外太空，就要以每秒鐘11.2公里的速度逃離地球引力，這也是稱作第二宇宙速度。

那么同樣的，如果在外太空巡回的宇宙飛船想要成功返回地球，必須也要以第二宇宙的速度在外太空驅(qū)動(dòng)，然后墜入大氣層。

（太空飛船返回艙結(jié)構(gòu)）

當(dāng)宇宙飛船返回艙墜入大氣層時(shí)就會(huì)關(guān)閉燃料裝置，讓返回艙在大氣層中做自由落體運(yùn)動(dòng)?？捎钪骘w船返回艙本身巨大的重量再加上強(qiáng)大的地球引力，讓返回艙的降落速度始終無(wú)法慢下來(lái)。

相信看到這有人就要問(wèn)了，為什么不用反向點(diǎn)燃裝置，讓宇宙飛船慢慢降落呢？這是因?yàn)榈厍虼髿獾淖钔鈱臃浅Ｏ”?，引力也不夠大，而黑障區(qū)又在地球上空的35-80公里之間。

返回艙要想反向點(diǎn)火必須在黑障區(qū)之前就啟動(dòng)，如果掌握不好燃料火力，反而會(huì)讓返回艙重新回到外太空中。而且反向點(diǎn)火裝置必定耗費(fèi)大量的燃料，由于空間有限，宇宙飛船往往提供單程燃料，雙程燃料也會(huì)讓資金消耗變得巨大，怎么算都得不償失。

既然反向加速這個(gè)方案行不通，可不可以在黑障區(qū)之前就打開(kāi)降落傘呢？

這恐怕比反向點(diǎn)火裝置更難。一般來(lái)說(shuō)，返回艙在返回地球時(shí)會(huì)有引導(dǎo)傘、減速傘和主傘。大約距離地面13公里的時(shí)候，就可以先打開(kāi)引導(dǎo)傘來(lái)幫助后續(xù)的傘了。

而其中主傘的面積大約1200平方米，全部展開(kāi)后相當(dāng)于三個(gè)籃球場(chǎng)那么大，別看神舟飛船的主傘是龐然大物，整體的重量卻相當(dāng)?shù)妮p盈，還不到一百公斤，整體收攏后甚至可以裝進(jìn)家用冰箱里。

從這可以看出，返回艙的降落傘非常大又非常輕薄，但是返回艙在黑障區(qū)時(shí)速度又不是一般的快，如果貿(mào)然打開(kāi)降落傘，那么迎來(lái)的只有兩個(gè)結(jié)果：不是主傘被撐破，就是主傘被快速的空氣摩擦燒光。

（工作人員整理降落傘傘面）

所以提前開(kāi)傘這個(gè)方案在無(wú)形之中也被剔除。既然宇宙飛船返回艙重返地球時(shí)必須經(jīng)歷黑障區(qū)的熊熊烈火，那么返回艙又是以什么方式保護(hù)宇航員不受高溫影響呢？

應(yīng)對(duì)2000℃高溫？返回艙外殼有黑科技

為了讓航天員不受高溫炙烤，國(guó)家航天科研團(tuán)隊(duì)為返回艙外殼運(yùn)用了最堅(jiān)固的“防熱衣”——蜂窩狀防熱材料。

當(dāng)返回艙再入地球大氣層時(shí)，蜂窩狀隔熱材料表面會(huì)進(jìn)行高溫?zé)g，融化和升華，帶走大氣層摩擦產(chǎn)生的巨大熱量，保證返回艙的艙內(nèi)溫度始終在30度左右，可以讓航天員在返回艙內(nèi)睡得安全與舒適。

我國(guó)航天專家又說(shuō)，由于返回艙對(duì)安全性要求極高，所以防熱材料不僅要耐高溫，還要高強(qiáng)度，重量輕。為了滿足這三點(diǎn)要求，研究人員在防熱材料上進(jìn)行了幾千次實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)蜂窩狀的防熱材料最滿足需求。

如此一來(lái)，航天員即使在熊熊烈火中，也可以安全回家了。

寫(xiě)在最后：

國(guó)家研究院經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，反向裝置燃料耗資巨大還容易出現(xiàn)意外；而提前打開(kāi)降落傘更需要精準(zhǔn)預(yù)測(cè)天氣預(yù)報(bào)，甚至提高傘的質(zhì)量。

相比之下，自由落體式雖然要經(jīng)歷2000℃高溫的烈火，看起來(lái)十分不安全，但最危險(xiǎn)的方式反而經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成了最安全的選擇。而我們每一位航天員，都是人類當(dāng)之無(wú)愧的英雄。

參考文獻(xiàn)：

[1] 袁忠才,時(shí)家明.飛行器再入大氣層通信黑障的消除方法[J].航天器韓靜工程.2012.

[2] 王唯,關(guān)仰澤.關(guān)于黑障問(wèn)題的探索[J].863航天技術(shù)通訊,1999

作者：小羊 審核：henna 校稿編輯：李子