“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，航天員遨遊外太空時固然帥氣，回家的過程卻極其兇險。

當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飙升到2000℃，直到安全落地宇航員們才真正安全。

那麼宇航員為什麼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，導緻返回艙全身冒火并且與地球失聯的過程就是黑障區。

黑障區大約出現在地球上空35公裡-80公裡的大氣層之間，持續時間為4分鐘左右。當然這并非是大氣層中有小黑屋，或者什麼特别磁場讓太空返回艙與地面失去聯系。

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。這就讓地面的信号無法及時傳達給返回層，形成可怕的斷聯黑障區。

而黑障區不僅僅具有斷聯風險，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，導緻墜毀。

比如2003年2月1日，哥倫比亞号航天飛機由于外殼材料不過關，在受到星際間物質撞擊後，産生了輕微的裂縫，當飛機返回與大氣産生劇烈摩擦時，哥倫比亞号航天飛機無法經受黑障區熊熊烈火的考驗的，導緻七名宇航員全部葬身藍天。

（哥倫比亞号航天飛機）

由此可見，宇宙飛船從外太空返回地面所經曆的黑障區，從始至終都伴随着意想不到的可怕風險。

那麼問題來了，難道航天飛船返程時非要以超高速度穿越大氣層嗎？有沒有什麼方式避開黑障區呢？

很遺憾，以目前的科技并沒有任何辦法避開黑障區。其實人類從第一次飛船升空時就體驗到了黑障區的危險，也一直緻力于消除它。比如2022年6月5發射成功的神舟14号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。

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公裡的速度逃離地球引力，這也是稱作第二宇宙速度。

那麼同樣的，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動，然後墜入大氣層。

（太空飛船返回艙結構）

當宇宙飛船返回艙墜入大氣層時就會關閉燃料裝置，讓返回艙在大氣層中做自由落體運動。可宇宙飛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，為什麼不用反向點燃裝置，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，而黑障區又在地球上空的35-80公裡之間。

返回艙要想反向點火必須在黑障區之前就啟動，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，怎麼算都得不償失。

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傘、減速傘和主傘。大約距離地面13公裡的時候，就可以先打開引導傘來幫助後續的傘了。

而其中主傘的面積大約1200平方米，全部展開後相當于三個籃球場那麼大，别看神舟飛船的主傘是龐然大物，整體的重量卻相當的輕盈，還不到一百公斤，整體收攏後甚至可以裝進家用冰箱裡。

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時速度又不是一般的快，如果貿然打開降落傘，那麼迎來的隻有兩個結果：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曆黑障區的熊熊烈火，那麼返回艙又是以什麼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燒蝕，融化和升華，帶走大氣層摩擦産生的巨大熱量，保證返回艙的艙内溫度始終在30度左右，可以讓航天員在返回艙内睡得安全與舒适。

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，最終發現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。

國家研究院經過反複對比發現，反向裝置燃料耗資巨大還容易出現意外；而提前打開降落傘更需要精準預測天氣預報，甚至提高傘的質量。

相比之下，自由落體式雖然要經曆2000℃高溫的烈火，看起來十分不安全，但最危險的方式反而經濟實惠，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,關仰澤.關于黑障問題的探索[J].863航天技術通訊,1999

作者：小羊 審核：henna 校稿編輯：李子

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