前言

在19號，已經被迫“加班”9個月的兩名美國宇航員，終于成功返回地面。

萬幸的是，這兩位已經可以稱為年邁的老人身體并沒有出現什么問題，不過其返程卻是一波三折，堪稱驚心動魄。

尤其是在遭遇黑障區后，返回艙更是直接被燒成“火球”，還出現了信號失聯...

那么，這個黑障區到底是什么呢？

黑障區

當大家初次聽聞 “黑障區” 這個名字時，腦海中往往會不自覺地勾勒出一幅畫面：

在地球大氣層那復雜而又神秘的結構里，存在著一個特定的、界限相對分明的區域，或許那里彌漫著黑暗，充斥著未知的風險，就如同一個隱藏在大氣深處的神秘 “特區”。

這種基于字面意思的聯想，看似合理，卻與黑障區的真實本質大相徑庭。

實際上，黑障區并非是大氣層中某個既定的、實體化的區域，而是一種特殊的 “現象”，一種在特定條件下才會出現，并且對人類的航天活動有著重大影響的復雜現象。

接下來，讓我們一同深入探尋黑障區的奧秘，從它的首次被發現，到背后隱藏的諸多故事，全方位揭開黑障區神秘的面紗。

要理解黑障區這一現象，我們首先需要對大氣層有一個基本的認識。

地球的大氣層就像一層厚厚的 “保護罩”，從地面向上延伸至遙遠的太空，根據各種物理特性的不同，大致可以分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。

在人類探索太空的早期階段，飛行器在大氣層內飛行時，雖然也面臨著各種挑戰，如氣流的不穩定、氣壓的變化等，但通信和飛行控制等基本功能相對較為穩定。

但隨著航天技術的不斷發展，當人類開始嘗試將飛行器送入太空，并讓其從太空返回地球時，一個前所未有的難題逐漸浮出水面 —— 黑障區現象。

黑障區現象最早被發現于冷戰的20 世紀中期，當時正值美蘇冷戰時期，兩個超級大國在航天領域展開了激烈的競賽。

雙方都在緊鑼密鼓地進行著各種太空探索項目，其中包括載人航天飛行的嘗試。

在早期的航天器返回地球試驗過程中，科學家們發現，當航天器以極高的速度重新進入大氣層時，會出現一系列異常情況。

航天器與地面之間的通信信號會突然中斷，仿佛航天器瞬間 “消失” 在了茫茫大氣之中。

不僅如此，航天器自身的一些電子設備也會出現故障，姿態控制變得極為困難，整個航天器仿佛陷入了一個與外界隔絕的 “黑盒子” 里。

這種現象的出現，嚴重威脅到了航天器和宇航員的安全，引起了科學家們的高度關注。

經過大量的觀測和研究，科學家們逐漸揭開了黑障區現象的神秘一角：

原來，當航天器以高速（通常是超過音速的十幾倍甚至更高）進入大氣層時，其前端會與空氣發生劇烈的摩擦。

這種摩擦產生的熱量極其巨大，能夠使航天器周圍的空氣溫度瞬間升高到2000℃，從遠處看去就像是一個大火球，而地球上幾乎所有金屬都扛不住這種溫度。

在如此高溫下，空氣分子會發生電離，形成一層由等離子體組成的鞘套，緊緊包裹住航天器。

等離子體具有獨特的物理性質，它能夠吸收和反射電磁波，而航天器與地面之間的通信恰恰依賴于電磁波信號。

因此，當這層等離子體鞘套形成后，通信信號就無法正常穿透，從而導致了通信中斷，這就是黑障區現象的核心成因。

如何攻克？

由于黑障區現象嚴重制約著航天活動的安全開展，各國航天機構紛紛投入大量人力、物力進行研究，力求攻克這一難題。

美國在這方面走在了前列，在 “水星計劃” 期間，美國宇航員約翰?格倫乘坐 “友誼 7 號” 飛船進行軌道飛行后返回地球時，就遭遇了黑障區的嚴峻考驗。

當時，地面控制中心與飛船之間的通信完全中斷，在那段緊張的時間里，地面人員無法得知飛船內宇航員的情況以及飛船的狀態，只能焦急等待。

幸運的是，約翰?格倫憑借出色的駕駛技術和頑強的意志，成功穿越了黑障區，飛船最終安全著陸為美國后續的航天研究提供了寶貴的第一手資料。

此后，美國不斷加大研究力度，在理論研究方面，組織頂尖科研團隊深入研究等離子體鞘套的形成機制和電磁波在其中的傳播特性，試圖從根本上找到突破通信障礙的方法。

在技術實踐上，一方面研發新型隔熱材料，如采用碳 - 碳復合材料等，提高航天器的熱防護能力，以減少因高溫導致的等離子體鞘套的影響。

另一方面，他們還大力發展通信技術，嘗試使用不同頻率的電磁波，通過多次試驗篩選出受等離子體影響較小的頻段，同時增加信號發射功率，以增強信號穿透等離子體鞘套的能力。

經過長期努力，美國在后續的航天任務中，對黑障區的應對能力有了顯著提升，航天器在穿越黑障區時的安全性和通信穩定性得到了一定保障。

蘇聯在航天領域同樣不甘落后，在載人航天項目中，多次遭遇黑障區問題。

蘇聯的科學家們從航天器的外形設計入手，對返回艙的外形進行精心優化，同時，蘇聯研制出多種高性能隔熱材料，如陶瓷基復合材料等，有效保護飛船內部免受高溫侵襲。

這些努力使得蘇聯在應對黑障區問題上也取得了一定成效，保障了載人航天任務的順利進行。

我國的航天事業在發展過程中，也不可避免地面臨著黑障區這一挑戰，我國科學家們憑借長期的刻苦鉆研和無數次試驗，在應對黑障區問題上取得了顯著成果：

通過深入研究航天器返回軌道與黑障區形成的關系，科學家們通過建立精確的數學模型，對航天器返回過程中的軌道參數進行優化計算，盡量減少航天器在黑障區內的停留時間。

同時，我國也不斷研發先進的通信技術，如采用自適應通信技術，根據等離子體鞘套的實時變化情況，自動調整通信信號的頻率、功率等參數，以提高信號的穿透能力。

最后，材料方面我國也沒有防線，成功在航天器材料和結構設計上取得重大突破：

新型的隔熱材料和高強度結構材料不斷涌現，如納米氣凝膠隔熱材料等，大大提高了航天器在黑障區內的安全性和穩定性。

我國的嫦娥系列探測器在返回過程中，就成功應用了一系列自主研發的黑障區應對技術，實現了安全、精準返回，為我國后續的載人航天等深空探測任務積累了寶貴經驗。

可惜的是，盡管各國在攻克黑障區方面付出了巨大努力，黑障區現象在當前的航天技術條件下仍不可避免。

這主要是因為從物理原理上講，航天器在高速進入大氣層時，其速度遠遠超過了音速，根據空氣動力學原理，必然會與空氣發生劇烈摩擦，產生高溫。

只要存在這種高速摩擦，空氣分子就會因獲得足夠能量而發生電離，形成等離子體鞘套，黑障區也就會必然出現。

目前，人類還無法找到一種材料或技術，能夠在不產生這種高溫摩擦的情況下，讓航天器安全地從太空高速返回地球。

簡單來說，就是返回艙如果想回到地球，速度就必須超過第一宇宙速度，而超過第一宇宙速度，黑障區現象就會出現，成為了一種必然。

期待未來科學家人能夠想出更好的解決辦法...