“摘星星的媽媽回來了！”對于航天員王亞平的小女兒來說，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固然帥氣，回家的過程卻極其兇險。
當(dāng)飛船返回艙墜入地球時，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高速穿越大氣層，以乘坐“火爐”的方式回家呢？
宇航員從外太空進入大氣層時，導(dǎo)致返回艙全身冒火并且與地球失聯(lián)的過程就是黑障區(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，或者什么特別磁場讓太空返回艙與地面失去聯(lián)系。
而是因為返回艙返回大氣層時，飛行速度極快，可以達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很強烈的摩擦，這也叫氣動加熱。
氣動加熱讓返回艙表面的分子被分解和電離，形成一個等離子層。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，實際是一個等離子電磁波屏蔽層。這就讓地面的信號無法及時傳達給返回層，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，由于大氣層空氣摩擦，返回艙船體外殼還會燃燒到2000℃高溫，此時的返回艙就是一個熊熊燃燒的“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，哥倫比亞號航天飛機由于外殼材料不過關(guān)，在受到星際間物質(zhì)撞擊后，產(chǎn)生了輕微的裂縫，當(dāng)飛機返回與大氣產(chǎn)生劇烈摩擦?xí)r，哥倫比亞號航天飛機無法經(jīng)受黑障區(qū)熊熊烈火的考驗的，導(dǎo)致七名宇航員全部葬身藍天。
（哥倫比亞號航天飛機）
由此可見，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。
那么問題來了，難道航天飛船返程時非要以超高速度穿越大氣層嗎？有沒有什么方式避開黑障區(qū)呢？
很遺憾，以目前的科技并沒有任何辦法避開黑障區(qū)。其實人類從第一次飛船升空時就體驗到了黑障區(qū)的危險，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號飛船就安裝了消除黑障的裝置，效果也非常顯著。然而唯獨宇宙飛船從外太空返回地球時，沒有任何辦法避開可怕的黑障區(qū)。
這是因為宇宙飛船飛回地球的速度實在是太快了。由于地球有強大的引力，所以海洋等萬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，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就會關(guān)閉燃料裝置，讓返回艙在大氣層中做自由落體運動?？捎钪骘w船返回艙本身巨大的重量再加上強大的地球引力，讓返回艙的降落速度始終無法慢下來。
相信看到這有人就要問了，為什么不用反向點燃裝置，讓宇宙飛船慢慢降落呢？這是因為地球大氣的最外層非常稀薄，引力也不夠大，而黑障區(qū)又在地球上空的35-80公里之間。
返回艙要想反向點火必須在黑障區(qū)之前就啟動，如果掌握不好燃料火力，反而會讓返回艙重新回到外太空中。而且反向點火裝置必定耗費大量的燃料，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。
既然反向加速這個方案行不通，可不可以在黑障區(qū)之前就打開降落傘呢？
這恐怕比反向點火裝置更難。一般來說，返回艙在返回地球時會有引導(dǎo)傘、減速傘和主傘。大約距離地面13公里的時候，就可以先打開引導(dǎo)傘來幫助后續(xù)的傘了。
而其中主傘的面積大約1200平方米，全部展開后相當(dāng)于三個籃球場那么大，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)時速度又不是一般的快，如果貿(mào)然打開降落傘，那么迎來的只有兩個結(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）
所以提前開傘這個方案在無形之中也被剔除。既然宇宙飛船返回艙重返地球時必須經(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宇航員不受高溫影響呢？
為了讓航天員不受高溫炙烤，國家航天科研團隊為返回艙外殼運用了最堅固的“防熱衣”——蜂窩狀防熱材料。
當(dāng)返回艙再入地球大氣層時，蜂窩狀隔熱材料表面會進行高溫?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。
我國航天專家又說，由于返回艙對安全性要求極高，所以防熱材料不僅要耐高溫，還要高強度，重量輕。為了滿足這三點要求，研究人員在防熱材料上進行了幾千次實驗，最終發(fā)現(xiàn)蜂窩狀的防熱材料最滿足需求。
如此一來，航天員即使在熊熊烈火中，也可以安全回家了。
國家研究院經(jīng)過反復(fù)對比發(fā)現(xiàn)，反向裝置燃料耗資巨大還容易出現(xiàn)意外；而提前打開降落傘更需要精準(zhǔn)預(yù)測天氣預(yù)報，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，看起來十分不安全，但最危險的方式反而經(jīng)濟實惠，成了最安全的選擇。而我們每一位航天員，都是人類當(dāng)之無愧的英雄。
參考文獻：
[1] 袁忠才,時家明.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
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