黑障區

當衛星、航天飛船等空間飛行器以很高的速度返回大氣層時，在一定高度區域，與地面的通信聯絡會中斷，這箇中斷聯絡的區域就是黑障區。黑障區一般出現在地球上空35到80千米的大氣層間。火箭和太空飛行器重新進入大氣層的部分，如彈頭、再入艙等稱為再入體，黑障區的範圍取決於再入體的外形、材料、再入速度以及發射信號的頻率和功率。黑障現象給載人飛船返回時的實時通信、再入測量造成困難。

基本介紹

• 中文名：黑障區

簡介

黑障是發生在大氣層的一種特有現象。當衛星、航天飛船、洲際飛彈等空間飛行器以很高的速度再入大氣層返回地球時，在一定高度和一定時間內與地面通信聯絡會嚴重失效，甚至完全中斷，這就是黑障。

飛船進入黑障區

分布

黑障區大約出現在地球上空35到80KM的大氣層間。宇宙飛船在通過黑障時，船體外殼將達到2000攝氏度的高溫（高溫有可能會使船體框架變形，導致墜毀），並因此會喪失與外界的無線電聯繫（高溫使飛船周圍的空氣電離形成電漿,禁止了電磁波），從而地面人員無法得知飛船的實時狀況。

原因

黑障是怎樣形成的呢？我們知道，所有飛行器返回大氣層的時候，飛行速度極高，可以達到音速的十幾倍到幾百倍。這就使飛行器的前端形成了一個很強的激波。由於飛行器頭部周圍激波的壓縮和大氣的粘度作用，使高速飛行的動能大量轉化為熱能。飛行器表面達到很高的溫度時，氣體和被燒蝕的防熱材料均發生電離。於是，在飛行器的周圍形成一層高溫電離質，電漿鞘和電磁波相互作用，從而導致用於通信的電磁波傳輸衰減或反射，此時，地面與飛行器之間的無線電通信便中斷了。

隨著飛行器高度的下降，當速度降低到一定程度時，不再有足夠的溫度使氣體分子電離，電漿鞘解除，黑障就會消失。

研究

從20世紀50年代起人們就開始研究黑障及其消除方法。

一方面通過設計比較理想的再入體的外形和噴灑某種消除等離子的材料來消除或減弱等離子鞘；另一方面改良通信與測量的方法和設備，以減弱黑障區的影響，例如，提高信號的頻率和功率，將天線安裝在等離子鞘最薄的位置等。但是這些方法只能縮簡訊號中斷的時間，還不能完全解決再入黑障問題。另一種構想是用毫米波或雷射穿透等離子鞘來解決再入通信中斷問題。

飛船返回艙返回大氣層後，由於氣動加熱，貼近返回艙表面的氣體和返回艙材料表面的分子被分解和電離，形成一個等離子層。由於電漿具有吸收和反射電磁波的能力，因此包裹返回艙的電漿層，實際是一個等離子電磁波禁止層。所以當返回艙進入被電漿包裹狀態時，艙外的無線電信號進不到艙內，艙內的電信號也傳不到艙外，一時間，艙內外失去了聯繫，這就是黑障現象。黑障的範圍取決於再入體的外形、材料、再入速度，以及發射信號的頻率和功率等。黑障區給載人飛船再入返回時的實時通信和再入測量造成困難，尚無很好的解決辦法。好在造成禁止的時間很短，而且當返回艙出現黑障時，是處於正常下降軌道狀態，沒有無線電測控也影響不大，僅4分鐘左右返回艙降至稠密大氣層開傘減速後，黑障即可消除。

要徹底解決黑障問題，我們還要期待航天技術未來的發展。

風險

在黑障區，由於返回艙跟地面控制中心片刻失去通訊，且與大氣層的摩擦會產生上千攝氏度的高溫，這段期間航天員最危險。如果不採取防熱措施，航天員將無法承受，返回艙結構也會受損毀。以前的航天員無防範，萬一因為太空船在這裡燒船就會殉職。現今的航天員必須穿著太空衣經歷這個黑障區。