齐寿祥（科普作家） 2005年07月19日 14:52
航空航天技术科普知识讲座之四：
齐寿祥：高级工程师 北京航空航天学会科普与教育委员会副主任，中国科学院科普宣教团成员。科普作家。
飞船返回舱的气动加热及其“黑障”问题
当飞船返回舱重返地球时（也包括航天飞机重返地球时），到了大气层段，将以超高速进入大气层，其速度可达每秒7.5千米。以此速度飞行的返回舱对迎流面的空气能造成强大的压力。另外气流还与舱体表面形成强烈的摩擦，因此产生了巨大的气动加热，使舱体表面急聚升温，温升可达一两千摄氏度，形成一个气动加热的高温层包裹着高速飞行的返回舱，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壁层。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，在技术上对这种现象称之为“黑障”。
怎样解决返回舱气动加热问题？
采用以下方法防护返回舱的气动加热危害：
1、 把返回舱做成钟形，以钟底面作迎流面，由于钟底面的面积大，既起到增大阻力、减速作用又能使气动加热形成的高温气体大部分沿弧形的钟底射向空间，保护舱身尽量减少受热（如图17所示）
图17
2、给返回舱穿“防热服”，尽管钟形的舱底能扩散一部分热量，但舱身还是受到相当大的气动加热，为此给舱身穿一件由烧蚀材料制成的“防热服”来解决返回舱舱身的防热问题。所谓烧蚀材料，是用石棉、陶瓷等耐高温材料与酚醛组成的无机复合材料。用这种材料做成的容器受高温燃烧时，燃烧面能热解、熔蚀，一层一层地剥落，从而带走热量，不致把热量向容器内部传导。为了减轻返回舱的重量，用烧蚀材料做成蜂窝结构的外壳（如图18所示）。这样既获得了耐高温的效果，又保证了外壳的强度和减轻了重量。
图18
3、给返回舱加一个防热大底。返回舱的舱身和舱底是分体设计的，为舱身所穿的防热服在飞船运行的全过程始终是穿在舱体上，而为舱底设计的防热大底，却在返回舱开伞后，速度逐渐降低，起动抛底程序将防热大底抛掉。以便露出装在舱底的四台返推火箭喷口，待返回舱离地面几米时，打开返推火箭，使返回舱能像气垫船一样缓缓着地。从图15可以看出防热大底是由蜂窝结构双层的烧蚀材料制成的。
如何对待“黑障”问题？
关于返回舱气动加热外表面形成电离层，出现电磁波屏壁问题，即所谓“黑障”问题，目前国际上尚无很好的解决办法。好在造成屏壁时间很短，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。虽然“黑障”问题尚未解决，相信随着技术进步，这一难题是会解决的。
