黑障

黑障

大氣層特有現象
黑障又稱為ionization blackout,它是航天飛船的返回艙在以超高速進入大氣層時會産生激波,使返回艙表面與周圍氣體分子呈黏滞狀态,溫度不易散發,形成一個溫度高達幾千攝氏度的高溫區。
  • 中文名:黑障
  • 外文名:
  • 别名:
  • 英文名:ionization blackout
  • 效 果:會使通信中斷4-7分鐘
  • 起 因:産生激波

簡介

黑障又稱為ionization blackout,是發生在大氣層的一種特有現象。當衛星、航天飛船、洲際導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内與地面通信聯絡會嚴重失效,甚至完全中斷,這就是黑障。

高溫區内的氣體和返回艙表面材料的分子被分解和電離,形成一個等離子區。它像一個套鞘似地包裹着返回艙。因為等離子體能吸收和反射電波,會使返回艙與外界的無線電通信衰減,甚至中斷。這種現象就稱為黑障。

形成原因

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。由于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。于是,在飛行器的周圍形成一層高溫電離質,等離子體鞘和電磁波相互作用,從而導緻用于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。

影響因素

黑障區範圍取決于再入大氣層物體的外形、材料、再入速度、無線電頻率和功率。

黑障現象對飛船返回艙再入大氣層時影響很大,在黑障區内會使通信中斷。所以在這段時間裡返回艙無法與指揮台聯系,返回艙穿越黑障是有一定的危險性的,目前黑障現象還是無法避免的。

實際案例

1969年7月24日,美國阿波羅11号登月飛船在返回地球時的電視實況廣播,宇航員的畫面中斷了十多分鐘;

2008年,我國的神舟七号返回時,也有約4分鐘的語音通訊和無線電跟蹤的中斷;

2020年12月17日,嫦娥五号返回器也碰到了通訊中斷的情況。

研究發展

從20世紀50年代起人們就開始研究黑障及其消除方法。

n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。另一種設想是用毫米波或激光穿透等離子鞘來解決再入通信中斷問題。

n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。好在造成屏蔽的時間很短,而且當返回艙出現黑障時,是處于正常下降軌道狀态,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。

n要徹底解決黑障問題,我們還要期待航天技術未來的發展。

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