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神十九为何能逃脱黑障区

2024年10月30日凌晨4时27分,酒泉卫星发射中心迎来了一个激动人心的时刻:神舟十九号载人飞船成功发射升空,搭载着三名航天员直奔浩瀚的宇宙,这次发射不仅标志着中国航天事业的新里程碑,还引发了一个引人深思的问题:为何神舟十九号在发射过程中没有经历令人揪心的黑障区?

一、黑障区的神秘面纱

黑障区,这个听起来充满神秘和危险的词汇,一直是航天领域的重要课题,它并非大气层中的一个固定区域,而是一种特殊的物理现象,当航天器以极高的速度返回地球,进入大气层时,会与大气分子产生剧烈摩擦,产生巨大的热量,这种摩擦使得航天器表面温度急剧升高,甚至可以达到2000摄氏度以上,足以熔化大部分金属,高温还会使航天器周围的气体分子电离,形成一层等离子体,这层等离子体能够阻断航天器与地面的通信联系。

在黑障区内,航天器与地面完全失联,地面控制中心无法得知航天器的状态,航天员也无法与外界联系,这种短暂的失联状态,对航天员和地面控制人员来说,都是一段煎熬的等待,历史上,由于黑障区的影响,发生过多起航天事故,1967年苏联“联盟一号”飞船在返回地球过程中,由于通信中断无法及时排除故障,最终坠毁,航天员科马洛夫不幸遇难。

二、神舟十九号的发射过程

神舟十九号的发射过程进行得非常顺利,整个发射过程中,飞船很快与火箭成功分离,进入预定轨道,与以往飞船发射不同的是,神舟十九号在发射过程中并没有经历黑障区,这引发了人们的广泛关注:为何神舟十九号能够“逃脱”黑障区?

三、黑障区的形成条件

要理解神舟十九号为何能“逃脱”黑障区,首先需要了解黑障区的形成条件,黑障区的产生与航天器的速度和大气密度密切相关,当航天器以极高的速度进入稠密的大气层时,才会产生足够的摩擦和热量,形成黑障区。

神舟十九号的发射过程与航天器返回地球的过程截然不同,在发射阶段,航天器是逐渐加速的,并且在穿越稠密大气层的阶段,速度尚未达到产生黑障区所需的临界值,神舟十九号在发射过程中并没有经历黑障区。

神舟十九号在发射过程中采用了全新的速度控制策略,它在大气层内保持相对较低的速度,巧妙地避开了形成黑障区的条件,这种速度控制策略不仅确保了飞船的安全发射,还避免了黑障区的产生。

四、神舟十九号的技术突破

神舟十九号能够成功“逃脱”黑障区,除了速度控制策略外,还得益于一系列技术突破,这些技术突破包括热防护系统、通信系统的升级以及先进的定位跟踪技术。

1、热防护系统

神舟十九号采用了经过不断优化的热防护系统,这种热防护系统能够抵御极高的温度,保护飞船外壳不受高温损伤,热防护系统还具有自动修复功能,能够在高温下自动修复微小的损伤,大大降低了飞船在穿越黑障区时被烧毁的风险。

2、通信系统升级

神舟十九号的通信系统也进行了全面升级,新一代的多频段、多模式通信方案大大提高了信号的穿透能力,即使在极端情况下,也能保持与地面的联系,这种通信系统升级不仅确保了飞船在发射过程中的通信畅通,还为飞船在返回过程中穿越黑障区提供了可靠的通信保障。

3、先进的定位跟踪技术

神舟十九号还采用了先进的定位跟踪技术,这种技术能够在飞船进入黑障区后,依然确保对飞船的精确定位与跟踪,相控阵雷达技术能够在飞船进入黑障区后,依然为地面控制中心提供至关重要的飞行数据,这种技术的应用,为航天员的安全返回提供了可靠保障。

五、神舟系列飞船的黑障区挑战

虽然神舟十九号在发射过程中没有经历黑障区,但神舟系列飞船在返回过程中却不得不面对黑障区的挑战,神舟飞船返回舱返回大气层后,由于气动加热,贴近返回舱表面的气体和返回舱材料表面的分子被分解和电离,形成一个等离子层,这个等离子层能够吸收和反射电磁波,因此包裹返回舱的等离子体层实际上是一个等离子电磁波屏蔽层。

当返回舱进入被等离子体包裹状态时,舱外的无线电信号无法进入舱内,舱内的电信号也无法传到舱外,这时,舱内外失去了联系,形成了黑障现象,黑障区的范围取决于返回舱的外形、材料、再入速度以及发射信号的频率和功率等因素。

神舟系列飞船在返回过程中穿越黑障区时,航天员与地面控制中心完全失去联系,他们只能依赖飞船自身的自动系统和地面监控设备来执行