黑障区

卫星、航天飞船等空间飞行器以很高的速度返回大气层时在一定高度区域中断联络的区域

当卫星、航天飞船等空间飞行器以很高的速度返回大气层时，在一定高度区域，与地面的通信联络会中断，这个中断联络的区域就是黑障区。黑障区一般出现在地球上空35到80千米的大气层间。火箭和航天器重新进入大气层的部分，如弹头、再入舱等称为再入体，黑障区的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。黑障现象给载人飞船返回时的实时通信、再入测量造成困难。

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。

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。

原因

黑障是怎样形成的呢？我们知道，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。

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；另一方面改良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。

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。由于等离子体具有吸收和反射电磁波的能力，因此包裹返回舱的等离子体层，实际是一个等离子电磁波屏蔽层。所以当返回舱进入被等离子体包裹状态时，舱外的无线电信号进不到舱内，舱内的电信号也传不到舱外，一时间，舱内外失去了联系，这就是黑障现象。黑障的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。黑障区给载人飞船再入返回时的实时通信和再入测量造成困难，尚无很好的解决办法。好在造成屏蔽的时间很短，而且当返回舱出现黑障时，是处于正常下降轨道状态，没有无线电测控也影响不大，仅4分钟左右返回舱降至稠密大气层开伞减速后，黑障即可消除。

要彻底解决黑障问题，我们还要期待航天技术未来的发展。

2023年6月4日清晨，神舟十五号载人飞船成功着陆东风着陆场，科技人员对其在穿越黑障区时的稳定跟踪，表明中国在载人飞船返回穿越黑障区跟踪测量难题上取得重大突破。10月31日，神舟十六号三名航天员返回东风着陆场。顺利穿过“黑障区”。

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船就会殉职。现今的航天员必须穿着宇航服经历这个黑障区。

示例

2022年12月4日19时52分，中国神十四航天员乘组正在返回，返回舱进入“黑障区”。

影响因素

黑障区的空域大小与大气密度、再入体的形状和飞行速度、表面材料及电波频段等因素有关。

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