黑障区

黑障区

大气层飞行区段
黑障区(Blackout zone),是导弹弹头和航天器返回舱等再入体返回大气层时,因再入体表面超高速摩擦形成高温等离子区导致无线电信号衰减至中断的飞行区段。其范围取决于再入体的外形、材料、再入速度,以及发射信号的频率和功率等。黑障现象给载人飞船再入返回时的实时通信、再入测量造成困难。
    中文名: 外文名:Blackout area 适用领域: 所属学科: 名称:黑障区 发现时间:20世纪50年代 出现位置:地球上空35到80千米的大气层间

基本简介

黑障是发生在大气层的一种特有现象。当卫星、航天飞船、洲际导弹等空间飞行器以很高的速度再入大气层返回地球时,在一定高度和一定时间内与地面通信联络会严重失效,甚至完全中断,这就是黑障。

形成原因

所有飞行器返回大气层的时候,飞行速度极高,可以达到音速的十几倍到几百倍。这就使飞行器的前端形成了一个很强的激波。由于飞行器头部周围激波的压缩和大气的粘度作用,使高速飞行的动能大量转化为热能。飞行器表面达到很高的温度时,气体和被烧蚀的防热材料均发生电离。于是,在飞行器的周围形成一层高温电离质,等离子体鞘和电磁波相互作用,从而导致用于通信的电磁波传输衰减或反射,此时,地面与飞行器之间的无线电通信便中断了。

随着飞行器高度的下降,当速度降低到一定程度时,不再有足够的温度使气体分子电离,等离子体鞘解除,黑障就会消失。

分布

黑障区大约出现在地球上空35到80KM的大气层间。宇宙飞船在通过黑障时,船体外壳将达到2000摄氏度的高温(高温有可能会使船体框架变形,导致坠毁),并因此会丧失与外界的无线电联系(高温使飞船周围的空气电离形成等离子体,屏蔽了电磁波),从而地面人员无法得知飞船的实时状况。

研究

从20世纪50年代起人们就开始研究黑障及其消除方法。

一方面通过设计比较理想的再入体的外形和喷洒某种消除等离子的材料来消除或减弱等离子鞘;另一方面改进通信与测量的方法和设备,以减弱黑障区的影响,例如,提高信号的频率和功率,将天线安装在等离子鞘最薄的位置等。但是这些方法只能缩短信号中断的时间,还不能完全解决再入黑障问题。另一种设想是用毫米波或激光穿透等离子鞘来解决再入通信中断问题。

风险

在黑障区,由于返回舱跟地面控制中心片刻失去通讯,且与大气层的摩擦会产生上千摄氏度的高温,这段期间航天员最危险。如果不采取防热措施,航天员将无法承受,返回舱结构也会受损毁。以前的航天员无防范,万一因为太空船在这里烧穿,就会殉职。现今的航天员必须穿着宇航服经历这个黑障区。

最新资讯

距离落区较远的雷达主要用于黑障区至地面的跟踪测量,该所研制人员根据十多年神舟系列飞船返回任务保驾工作经验,着重针对黑障区内返回器对雷达存在隐身现象做了充分准备,实时上报测量数据并预报返回舱着陆点,为飞船平安着陆后第一时间搜救打下坚实基础;回收任务最末端的跟踪测量雷达从返回器开伞后开始对目标进行测量,为落点预报和返回器搜救提供了及时准确的数据信息。

中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室(筹)项目主管张会新告诉记者:“大气层里的黑障区,无线是没法进行数据有效传输的,但我们可以借助黑匣子获取飞行中的数据,进行有效回收。在恶劣环境影响下如何保证存储数据完整、有效,安全回收是我们最大的挑战。”参与技术研发的主管胡海风说,黑匣子涉及机械、电子等多学科。要在机械结构设计、原理图设计、代码设计上反复测试,装配后进行各种实验。各个环节万无一失后,才能应用到真实的工程。“就像我们正在研究的Shark总线,大家戏称这是一场工业总线的革命。希望把总线技术从航天上推广到所有需要使用到总线的领域。”张会新说。

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