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第10版:科技服务·科普
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2022 年 04 月 21 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国
飞船“回家”必经路
“黑障区”

  圆满完成6个月在轨任务的神舟十三号日前“回家”了。从太空“回家”的一路上,航天员们都“感觉良好”,但在再入大气层后有四五分钟神舟十三号飞船和地面失去了联系。新闻里解释说,飞船正在穿越“黑障区”。“黑障区”是什么区域?为什么神舟十三号飞船在“黑障区”会失去联系?穿越“黑障区”特别危险吗?

  太空“回家”之路

  航天员要“回家”,“黑障区”是“必经之路”。

  准备“回家”时,航天员首先需要离“站”上“船”,关闭连接天和核心舱与神舟十三号的双向承压舱门后,撤离空间站组合体,进驻神舟十三号飞船。在神舟十三号飞船返回舱内,设置返回状态,等待返航指令。

  神舟飞船分为三段,前段是轨道舱,中段是返回舱,后段是推进舱。在降轨之前,轨道舱和返回舱将首先进行分离。随后发动机开机,飞船逐步下降高度,并在进入大气层之前完成推进舱分离。返回舱进入返回轨道,然后下降到距地面100公里左右再入大气层,其间会经历4~6分钟的“黑障区”。在距地面10公里左右的高度,返回舱将依次打开引导伞、减速伞和主伞,并抛掉防热大底。在距地面1米左右时,启动反推发动机,速度下降到每秒2米左右,最终使返回舱安全着陆。

  从上述步骤中不难看出,航天员“回家”只要突破大气层,就得穿越“黑障区”。

  “黑障区”是什么区

  大气层是由空气、水蒸气和悬浮在大气中的固体杂质三部分组成,本身并不危险。但问题在于,飞船的速度太快了。

  飞船本身再入大气层的初始速度就非常高,同时越接近地球越是受到重力的巨大牵引。当飞船高速再入大气层后,就会与大气层中的稠密空气产生剧烈摩擦。平时无法感受到的空气就像一颗颗小沙粒一样,密集且源源不断地撞击在飞船表面,使航天器周围空气的温度急剧升高,一般可达2700℃以上。

  高温之下,返回舱表面及附近的气体分子被分解和电离,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,航天术语中称为“等离子体鞘套”。当返回舱被等离子体包裹时,舱外的无线电信号进不到舱内,舱内的无线电信号也传不到舱外,舱内外短时失去联系,这就是“黑障”现象,其发生区域被称为“黑障区”。“黑障区”的范围取决于再入体的外形、材料、再入速度,以及发射信号的频率和功率等。

  “黑障区”有多危险

  在“黑障区”,“等离子体鞘套”就像形成了一个看不见的信号隔绝罩,导致飞行器的通信电磁波传输衰减或者干脆被反射回去,航天员和地面的一切通信信号都会被中断。无法捕捉到飞船的位置,地面指挥中心不能了解舱体内的具体状况,更没法对飞船进行远程控制,飞船基本处于失联状态。一般情况下,这个状态的持续时间有四五分钟,所以也被称为“黑色五分钟”。

  在这期间,对航天员的心理素质也是非常大的考验。有航天员表示穿越“黑障区”时,“外面是几千度的高温,从窗口看到火烧得很红,耳朵会听到火烧得‘呼呼’的,‘噼里啪啦’的声音,就像是《西游记》里孙悟空在太上老君的炼丹炉里那种感觉。”

  好在这个时间只有几分钟,当返回舱降至约20公里的高度,“黑障”即消除。飞船穿越“黑障区”时的遥测数据会记录在“黑匣子”中,供飞船着陆后提取使用。

  (本报综合)

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