黑障常见于返回式航天器在返回大气的过程中。返回舱要利用空气减速,所以以阻力大的一面面对疾风,emmm,面对空气。

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宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区

黑障区的主要特点,就是这个阶段高温等离子体鞘和电磁波相互作用,使得电磁信号无法有效传递,而导致航天器失去联系。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第1张

黑障常见于返回式航天器在返回大气的过程中。返回舱要利用空气减速,所以以阻力大的一面面对疾风,emmm,面对空气。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第2张

这时空气被返回舱压缩,温度升高。就好像气缸里的气体被压缩会升温一个道理。返回舱在这个时候把动能转化掉,就可以减速了。但是这时的温度极高,周围的空气最高达到两千摄氏度,周围空气电离形成等离子体,通信就中断了。这时就叫再入体进入了黑障区。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第3张

速度降低,脱离黑障之后就可以恢复通信了。随着空气密度越来越大,再入体的速度也越来越低。这时才适合打开降落伞着陆。

解决这个黑障区失去联系的方法也有很多,改变通信方式,或者改变天线位置到等离子鞘薄弱的地方。今后有了更好的火箭,还能让返回舱提前减速,不用经历高速接触大气的过程,也就没黑障了。

目前有些超高音速武器装备也面临黑障问题。

神舟十二号返回舱着陆时为什么冒出一道火光,撞击那么强烈吗?:黑障区

神舟十二号飞船返回舱着陆时,尽管主降落伞已经打开,但是速度看上去仍然非常快,在落地的一瞬间,一道火光闪过,紧接着就黑烟滚滚,似乎撞击非常剧烈。这样的撞击,返回舱里的三位航天员和精密仪器设备能够承受得住吗?

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第4张

返回舱着陆瞬间

神舟十二号飞船在返回地球的过程中,要经过制动离轨、自由下降、再入大气层、着陆4个阶段,任何一个阶段都马虎不得,需要天、地、空三方密切配合。

在制动离轨完成之后,神舟十二号飞船会先把轨道舱抛掉。在再入大气层阶段,神舟十二号飞船会把推进舱抛掉,这时整个飞船就只剩下返回舱。当返回舱下降到一定高度时,由于接收不到地面发送的无线电信号,地面也接收不到返回舱发送的无线电信号,这时它就会进入一个被称为“黑障区”的一个无线电盲区。“黑障区”是整个过程中最令人揪心的,因为在这个区域返回舱和地面指挥中心暂时失去了联系。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第5张

神舟十二号飞船抛掉轨道舱

接下来,返回舱利用升力控制,会逐渐接近预定着陆点——东风着陆场。当到达东风着陆场上空之后,返回舱就开始准备着陆。

航天器的着陆过程,一般分为硬着陆和软着陆。简单来讲,硬着陆就是让航天器通过自由落体的方式(或者未减速到人员或设备允许值)着陆,这种方式被称为毁坏性的着陆。比如前苏联的月球8号探测器、金星3号探测器都是采用硬着陆的方式,不过它们的探测数据在着陆前就已经送回地球接收站了。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第6张

神舟十二号飞船打开主降落伞

软着陆是指通过人工干预的方式给航天器减速,使其在落地的一瞬间不至于损坏航天器本身及其里面的人员。所谓“人工干预的方式”,要么改变轨道利用大气层逐步减速,要么利用降落伞降低速度,要么通过推进器进行反向推进。

神舟十二号飞船返回舱的着陆方式,属于典型的软着陆方式。它在着陆的过程中,综合利用了以上三种人工干预的方式。返回舱先通过改变轨道的方式,利用大气层逐步减速;然后再利用降落伞降低速度。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第7张

神舟十二号飞船返回舱

神舟十二号飞船返回舱的降落伞有四把。它先打开了引导伞,引导伞的作用是将主伞从伞包中拉出、拉直,使主伞处于良好的充气状态,防止主伞无法顺利打开。然后它又打开了减速伞和主伞,这两把伞都是用来降速的。

主伞的面积约1200平方米,全部展开后可以覆盖三个篮球场,长达70多米,叠起来却只有一个手提包大小,重量仅90多公斤。

第四把伞是备用伞。一般情况下,这把伞是派不上用场的,神舟十二号飞船返回舱的备用伞也没有打开。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第8张

神舟十二号航天员顺利出舱

在距离地面1米左右时,神舟十二号飞船的返回舱成功启动了反推发动机,再次给自身降速。所以,我们在直播画面中看到的火光实际上是由反推发动机点火形成的,冒出的滚滚黑烟也是由反推发动机造成的。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第9张

地面直升机接应非常及时

试想一下,如果火光和黑烟都是由返回舱与地面撞击形成的,那么返回舱里的航天员和精密仪器设备面临的后果将不堪设想。通常而言,载人航天返回舱在陆地上的着陆速度一般为6-7米/秒,相当于时速20多公里。

神舟十二号航天员,刘伯明出舱时,脸色惨白、唇无血色是什么原因?:黑障区

奥运会期间,三人在太空为奥运健儿加油时,刘伯明肿得最厉害,尤其是眼睛。返程过程中,在比停电区快的时候,聂海胜和杨洪波说话,表示很放松,但全程没有听到刘伯明的声音。看过杨利伟回忆录的人应该还记得,杨利伟下来后在仓库呆了很长时间,因为出了事,嘴巴被割破了。刘伯明是最后一个离开船舱的,等了一会儿。出舱后接受采访时,刘伯明的呼吸明显微弱,刚开始还有点喘不过气来。每个人都能看到这一点。飞回北京后,聂海胜和杨洪波仰面敬礼,但刘伯明总是靠在椅背上,试图坐起来,但有点困难。

大家都看到了鼓舞人心的画面,但在它们的背后,宇航员必须咬牙承受常人无法承受的生理极限。不说别的,就是着陆前直播的最后几秒钟,飞船在降落伞的牵引下做了一个大的圆形摆动,以及着陆瞬间反反应堆发动机点火的冲击,肉眼已经够难看到了。事实上,当刘伯明的记者第一时间站出来采访时,刘伯明费了好大劲才调整好自己的口气,说了这么长的话,让我感到有些心酸。我们的宇航员此时最需要的是休息。希望他们少受干扰,多给他们时间恢复。

最后,向三位英勇的宇航员致敬!

为什么飞船返回地球时,要不惜燃烧的危险加速通过大气层?:黑障区

现阶段,无论是载人飞船,还是货运飞船,它们都是用火箭送入太空中。当太空飞船执行完任务之后,它们是如何返回地球的呢?

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第10张

当太空飞船返回时,它们会受到地心引力的作用而向下加速。但同时,稠密的大气层会让太空飞船减速。总得来说,太空飞船返回地球时是减速的过程,而非加速落到地球上。

再入大气层

根据牛顿力学可知,地球的第一宇宙速度为7.9公里,这是太空飞船的最大轨道速度。随着轨道高度的增加,轨道速度会逐渐下降。载人飞船的轨道高度一般为400公里,对应的轨道速度约为7.7公里/秒。如此巨大的动能,太空飞船没有足够的燃料来使自身减速,只能依靠地球稠密的大气层来减速。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第11张

太空飞船在轨道上先启动火箭发动机进行制动,使它能够脱离原来的轨道,并在地球引力的作用下再入大气层。一般来说,100公里是太空分界线。太空飞船再入大气层的方式有很多种,例如,弹道式、跳跃式、滑翔式,无论哪一种都是利用空气阻力进行减速。

在太空飞船再入大气层的过程中,由于飞船前方的空气被强烈压缩(而非飞船与空气剧烈摩擦),导致飞船外表的温度大幅度升高至1000度以上。为了保证飞船的安全,需要采取措施来应对这种高温。

飞船如何应对高温?

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第12张

我国的神舟载人飞船系列会在飞船外表涂上一层烧蚀材料,它们在高温的作用下会被烧毁,脱离飞船,从而带走大量的热量。美国宇航局(NASA)的航天飞机则是采用隔热瓦,机腹覆盖着隔热陶瓷,机翼和机鼻上安装的是碳-碳复合材料,其余机身使用其他隔热材料。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第13张

隔热材料对于太空飞船的安全返回起到至关重要的作用。在2003年,NASA的哥伦比亚号航天飞机升空时,由于外挂燃料箱上的泡沫掉下来击中机翼,打穿了机翼上的一块隔热瓦。当哥伦比亚号航天飞机返航时,炽热的气体从机翼上的破洞大量涌入,导致航天飞机解体,机上的7位宇航员全部遇难。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第14张

当太空飞船的速度得到充分减速后,将会打开巨型的降落伞,使飞船进一步减速到每秒十几米。我国的神舟载人飞船在离地面大约1.4米时,还会启动反推火箭,以使飞船能够安全着陆。NASA的航天飞机则是采用滑翔的方式返回地球,最后着陆时也会打开减速伞进行制动。

太空飞船返回时会经历高温,为什么升空时不会呢?

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第15张

原因在于火箭升空时,其速度并不快。火箭起飞时的重量大,并且稠密的大气层会产生很大的阻力,所以火箭加速困难,速度较小,气动热效应并不强烈。

当火箭穿过稠密的地球大气层之后,由于空气阻力更小,火箭的质量变得更低,后续的加速变得更容易,并且也不会出现很强的气动热效应。正因为如此,哥伦比亚号航天飞机才能带着一个破洞安全飞上太空。

太空电梯

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第16张

如果未来能够建成太空电梯,那么,往返太空时不会经历巨大的速度变化,也不会产生极高的温度,隔热将不再是一个大问题。只是目前没有强度足够高的材料,太空电梯还停留在理论阶段。

着陆器从太空返回地球,为什么在接触地面瞬间,会有一道白光?:黑障区

返回舱从太空着陆地球的瞬间,舱尾部突然闪现一道白光。我老婆正聚精会神地看着电视转播,突然啊的一声叫了出来,她以为飞船机械故障发生了航天爆炸事故,见返回舱平安着陆后,这才放下紧张,长呼了一口气。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第17张

我当时在她身旁,太过突然也被她尖锐嗓音吓得不轻。平静下来后,心想返回舱刚着陆 地球,难道就提前做了庆祝,宇航员成功返回地球的仪式?放起了烟花?或者宇航员与神经紧张的民众开个小小的玩笑,调节下紧张惊险的气氛?瞬间思虑后,觉得在航天事业严肃的背景下,这几乎是不可能的。

可这不禁让人疑惑,返回舱尾部这道白光到底是什么呢?其实,这道白光大有来头,目的则是为了返回舱和宇航员的平安着陆。目前来看,是返回舱着陆地球时,必不可少的科学举措。我们详细了解下吧:

在此之前,先了解下返回舱是什么,从太空返回地球要经历哪些过程?

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第18张

返回舱可以直接理解为:宇航员的驾驶室。不是单程的,而是双程的。返回舱因为要经历太空严苛真空环境,以及返回大气层时与大气剧烈摩擦等,所以,返回舱的材质和结构,要求密闭稳定坚固,防热防腐蚀。另外,散热性能也不能差。由此来保证返回舱平安着陆地球,以及保障宇航员的生命安全。

而航天员圆满地进行完太空空间站的任务,在听从地面航天中心的指挥调度后,会乘坐返回舱从太空返回地球。这过程与之前登陆太空时同样惊险,甚至更为提心吊胆。返回舱与宇航员会经历4个阶段:

制动离轨,自由下降,进入大气层,返回舱着陆。因为篇幅关系,前三个过程不讲,只讲返回舱着陆的事:

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第19张

返回舱着陆分两种:1种如前苏联经常搞得自由落体式硬着陆,里面通常没宇航员,携带的多是科研资料,实验工具和科研仪器等。硬着陆还有个直观名字:毁坏性着陆。如月球8号和金星3号都是此种。

而另1种,则是如神舟12号搭载宇航员的 软着陆。相对比,返回舱软着陆过程自然要更细腻柔和一些。结果也更安全妥当。但毕竟返回舱软-硬着陆的用途,功能不同,着陆方式肯定不能完全一样。

返回舱接触地面瞬间的那道白光是什么?

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第20张

神舟十二号飞船返回舱着陆时,自身重量加上地心引力加持下速度惊人。虽然经过降落伞减速,乘人返回舱的速度会由200米-300米/秒降低到7-10米/秒,可撞击地面的威力,也不次于一场大型车祸。

当然,返回舱接近地面阶段,为了缓冲约3吨重量的返回舱,撞击地面的巨大冲击力,不会对返回舱飞快的速度放置不管。

此时,要么改变返回舱轨道,利用 大气层减缓返回舱速度。要么打开降落伞降低返回舱速度。要么通过反向推进器,在地面1米-2米时,4台反推火箭启动点火装置,返回舱底部小火箭喷射地面,以此减缓返回舱下落速度带来的冲击力。不过顺序上是有先后的,以此保证返回舱平稳,安全地降落地面。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第21张

总之,这是通过人工干预,来预防返回舱速度过快,撞击地面带来返回舱损伤,和宇航员伤亡。如神州12号将预防措施,逐个实施一遍。而那道白光,应该就是反推火箭发出的喷射火焰。大家不必惊慌。

返回舱着陆过程中,其他的重要的减速措施,和惊险瞬间:打开降落伞:一般返回舱会携带4把降落伞,若出现故障,也是十分惊险的。如神州12号的顺序,先打开引导伞。目的是拉出,伸直主伞的伞包。引导伞不是主为减速,而是防止主伞不能顺利打开。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第22张

紧接着,返回舱会打开减速伞和主伞。这两把伞才是减速“本尊”。特点是大,长,重。

主伞有多大呢?面积大约有3个篮球场,1个足球场大小。达到1200平方米。可折叠,折叠后如背包大小。重量大约90多公斤。与拳击重量级选手体重差不多。主伞是保障返回舱和宇航员的平安着陆,相当关键的一道关卡。若打不开主伞则麻烦大了。

当然,返回舱还有备用伞。平时用不上,也不希望能用得上。神州12号也没用上。另外,返回舱还专门设计了用来缓冲压力的缓冲太空座椅,即使防备周全,可宇航员通常着陆后,身心受到震荡也不小。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第23张

惊险黑障区:当返回舱进入大气层阶段,在距离地球约35到80千米时,此时返回舱与地面调度中心是互相接收不到信号的,暂时失去联络。这被叫做无线电盲区,也被称为黑障区。此时最令人度日如年。

黑障区是地球大气层独有的显著现象。除了返回舱外,航天飞船,发射卫星等,甚至洲际导弹也都存在这无联络信号的现象。

因为联络不到宇航员,又身处空中,地面调度中心其实能帮助的不多。只能硬扛过这段难捱的时光。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第24张

总的来说:返回舱从太空返回地球,接触地面瞬间的那道白光。不是发生了机械故障,而是返回舱为减缓速度,保障返回舱和宇航员平安着陆,反向推进器喷射的火光。看似惊险,其实不必过多担心返回舱和宇航员的安全。

除了硬着陆外,其实载有宇航员的返回舱软着陆,都会在接触地面瞬间有一道白光的。见多则不怪了。

何况上述载人的软着陆,有着我国精密的航天工具,科学技术,以及专业的航天团队保驾护航,还是可以把心放在肚子里的。但无人搭载返回舱的硬着陆,那才真叫惊心动魄,心是无处安放的。至少对于我来说是如此。

宇宙飞船返回地球要经历黑障区,是什么意思?:黑障区 第25张

1959年,苏联月球2号探测器,在硬着陆后坠毁。

对此你怎么认为呢?返回舱的硬着陆你听说过吗?欢迎留言探讨。(图片来自网络)

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