神五返回舱进入大气层信号为什么会一度中断

http://www.sina.com.cn 2003年10月20日16:16 北京晚报

　　北京大学地球与空间科学学院焦维新

　　“神舟”五号载人飞船发射之后，有些细心的读者从电视画面上发现了一些细节问题，如飞船发射后几秒钟，从运载火箭上脱落的物体是什么？返回舱外表面为什么有黑糊糊的痕迹？什么叫黑障等读者比较关心的问题。

　　脱落物是泡沫塑料

　　神五发射后不久，可以看到从运载火箭外表面有脱落物，这些脱落物是用于火箭保温的泡沫塑料。由于酒泉发射场的气温比较低，为了保证火箭发射安全，在火箭发射之前，用泡沫塑料对火箭做了保温处理。发射时，由于火箭的加速度很大，这些泡沫塑料就自然脱落。

　　“黑障”使信号中断

　　在描述飞船返回过程时，媒体上经常出现一个词“黑障”。那么，什么叫黑障呢？黑障是再入体返回大气层时无线电信号发生中断的一种现象。火箭和航天器重新进入大气层的部分，如弹头、返回舱等称为再入体。再入体以超高速进入大气层时，由于和大气的摩擦作用，再入体和附近气体的温度高达几千度，这个高温使再入体表面材料的分子分解，周围的气体被电离，这样，在再入体周围形成一个等离子体区。它像鞘套一样包围着再入体，故称等离子体鞘。等离子体鞘能吸收和反射电磁波，使无线电信号衰减。衰减超过一定限度时再入体与外界的通信即中断，信号中断一般为几分钟的时间。

　　黑障区的范围取决于再入体的外形、材料、再入速度以及无线电信号的频率和功率。再入区一般发生在80至40公里的区域，在40公里左右，飞船速度降低，就没有这个现象了。提高信号的频率和功率，将天线安装在等离子体鞘最薄的位置等，可以缩短信号中断的时间，但不能完全解决再入黑障问题。

　　进入大气层返回舱外表温度达几千度

　　在返回舱的外表面，常常可以看到被烧蚀的痕迹，这是飞船以高速进入大气层，温度可达几千度，被烧蚀而形成的。怎样保证航天员的安全呢？实际上，返回舱采用了各种防热方式，目前最常用的防热方式是烧蚀防热。烧蚀材料是一种固体防热材料，这种材料在高温时能发生分解、融化、蒸发和升华等物理和化学变化，借材料的质量消耗带走大量的热，以达到阻止热流传入返回舱内部的目的。常用的烧蚀材料有聚四氟乙烯、石墨、碳－碳复合材料、石英和玻璃类材料和纤维增强酚醛塑料。

　　失重会产生生理效应

　　我们常说的重力，是指地球对物体的引力。当物体在引力场中运动时，有质量而不表现重量的一种状态称为失重，又称微重力。航天飞机和空间站的轨道高度一般在200至450公里之间，在这个高度范围，物体重力大约是在地球表面时的90％。如果要获得地球表面百万分之一的微重力，物体应离开地球637万公里，这个距离几乎是月球到地球距离的17倍。轨道航天器获得微重力环境的原理与自由落体类似。在航天器绕地球做圆周运动期间，地球对航天器的引力就是使航天器做圆周运动所需的向心力。这样，返回式卫星获得微重力环境的时间一般为几天，航天飞机可达十几天，而空间站则是半永久式的。

　　人长期在地面重力场内生活，地球重力吸引血液向下流动。在失重环境中，血液重新分配，下肢血量减小，头部血量增多，航天员的收缩压增加，舒张压下降。另外，人体骨骼受力减小，时间一长，比如几百天，肌肉萎缩，骨骼也会变得松脆。

　　加速度过大人会变重

　　载人飞船在各个不同的飞行阶段中，加速度的变化很大。火箭起飞时，加速度很小，随着火箭不断上升，推进剂逐渐消耗，加速度就越来越大，在火箭熄火瞬间达到最大值。在飞船返回时，脱离轨道，再入大气层时，又将遇到巨大的峰值减速度。在加速度或减速度值超过一个重力加速度（1g）时，因惯性力而受到很大的过载，人变重了，这种现象称为超重。60年代的载人飞船，在上升段的最大加速度是8g，返回舱的最大减速度约10g。超重对人体的影响与它的作用方向有关。在飞船上升时，主要影响是头部血压降低，下肢血压升高，视觉减退。返回舱进入大气层时，会导致航天员头部充血。

　　再入走廊

　　返回舱返回地球时需要变轨，沿着过渡轨道下降，进入大气层。开始再入时的速度方向与当地水平方向的夹角称为“再入角”。再入角的大小影响返回舱在大气层里受到气动加热，如果再入角太小，返回舱可能只在大气层边缘擦过，不能进入大气层；再入角太大，作用在返回舱上的空气阻力很大，气动力加热过于严重，制动过载可能超过允许值。载人飞船所允许的最大制动过载值一般不得超过10g，再入角在2度左右。再入角的上下限各相应一条过渡轨道，后者又各对应一个假想的近地点高度，即假定地球没有大气，返回舱沿椭圆过渡轨道飞过地球时的近地点高度。这两个假想的近地点高度差称为再入走廊。返回舱进入再入走廊方可安全返回地面。

　　科研和商业价值

　　载人航天的科学和商业应用主要体现在太空育种、观天测地、科学实验、太空产品开发等。太空育种是指利用返回式卫星和载?朔纱艽锏降目占浠肪常灾参铮ㄖ肿樱┑挠毡渥饔貌幸姹湟臁Ｔ谠厝撕教炱魃辖泄厶觳獾兀锌蒲笛槲佬俏薹ū饶獾挠诺悖蔷褪翘寤螅梢匀菽纱笮屯毒岛凸鄄庖瞧鳎硗猓捎谟腥苏樟希梢远蕴囟ǖ哪勘杲薪铣な奔涞牧鄄狻？蒲笛楹吞詹房ⅲ饕抢煤教炱髂诘奈⒅亓肪常镏驶岵厥獾男вΑＵ庑┬в捎糜谘芯课⒅亓α魈辶ρА⑽⒅亓θ忌湛蒲А⒖占渖蒲Ш蜕锛际酢⒒∥锢硌А⒕迳ぁ⒑辖鹉毯腿橹嘌取；箍梢越锌占洳牧现票浮?