为什么神舟飞船返回地球,会遇到“黑障”,通信完全中断,而美国星舰再入大气层,却能全程高清直播?难道美国真的解决了黑障通信的难题吗?
星舰第四次试飞,以超过20倍音速冲进大气层,迎风面达到了1500度高温,连机翼都烧穿了,但是摄像头却全程直播,一直到落地都基本保持了信号,全世界都看到了这些壮观的画面。有不少朋友觉得星舰是不是用了啥黑科技,一下子就解决了黑障通信的难题。
其实神舟飞船的黑障通信,跟星舰的黑障直播,并不是一回事儿,星舰黑障直播的技术原理,其实没那么神奇。
黑障是怎么产生的?
由于航天器必须达到每秒7.9公里的第一宇宙速度,才能克服地球引力,所以返回地球的时候,也是这个级别的速度,20多马赫冲进大气层,空气受到剧烈的挤压和摩擦,温度就升高到上千度,空气分子就变成了等离子体,就像空气都烧起来了。
我们平常看到的火焰,就是一种
等离子体,它有一个特点,就是会吸收电磁波
。如果整个飞船都被等离子体包裹住了,里面的电磁波出不来,外面的电磁波进不去,通信就中断了,这就是“
黑障
”。
黑障一般发生在60公里到30公里的高度范围,持续三四分钟,这个时间段神舟飞船完全就是一个火球,等离子体把飞船完全包住了。
那想要实现
黑障通信
,就有两个思路:
一是想办法不让等离子体完全包住飞船,留一个空档,电磁波从这个空档里进出。
二是想办法降低等离子体的密度,或者改变它的特性,让某些特定波长的电磁波也可以穿透。
这里星舰就捡了个大便宜,因为星舰尺寸很大,长度50米、直径9米,比航天飞机还大一圈。这就导致了,星舰再入大气层的时候,迎风面积非常大,背部就有一个面积很大的低压区,等离子火焰根本就没办法完全包裹住,大半个背部几乎都是露在外面的。
那某些电磁波在背后这个方向,就不容易被阻挡。
但是这只是第一步,因为空档在背上,还是没有办法直接对着地面通信,所以星舰在背上,安装了4块通信天线,用来跟星链卫星进行通信。因为星链卫星是四五百公里的高度,还是全球覆盖,网速也不错。
到这里大家应该就明白了,我们看到的直播画面,是从黑障的空档里发送给星链卫星,再传送到地面的。
这个技术本身并不算什么高精尖,只不过就是一个字:大。
星舰的尺寸太大了,本来就不会形成完整的黑障,背后有非常大的空档。
星链卫星的信号中继也是常规操作,我们也有很多中继卫星,比如说鹊桥、天链,我国空间站很多画面就是天链卫星传回来的。
但是比较吃亏的是,神舟飞船返回舱尺寸大约只有两米半,会被等离子火焰完全包住,那怎么办呢?
刚刚说了两个思路,第一个思路现在用不了,那就只能第二个思路,改变等离子的吸波特性,降低它的密度,让特定的电磁波可以穿透。
这难度相当于什么,相当于我要主动控制这个火焰,这个才是完完全全的顶级科技了,涉及到非常前沿的航天材料学,只能根据公开资料说个大概。
大家中学都学过焰色反应,不同的金属或化合物在火焰上,会呈现不同的颜色,其实就是金属离子加入之后,改变了火焰等离子体的特性。
那有没有什么材料,能够减少等离子的产生呢?
还真有,我国科学家长期研究之后,就找到了很多种不同的材料,可以减少等离子的产生。这种材料如果用在飞船表面,就有希望降低穿越黑障的时候,飞船表面的等离子体浓度,这样就可以让电磁波穿透了。
那是什么材料呢?过于先进,无法公开。
总而言之,解决飞船这类小尺寸的航天器的黑障通信问题,这才是我国科学家一直在研究的。在这个方面,美国并没有任何技术优势,星舰完全是靠比较大的身材,回避了黑障通信最难的部分。
有朋友可能会问,那我们为啥不能把飞船造大一点呢,像星舰那么大,不也能搞直播吗?当然可以,
但是我们国家之所以钻研小尺寸航天器的黑障通信,是因为这种技术的应用价值非常大。
我举个例子大家就明白了,弹道导弹的弹头,打击航母这类移动目标的时候,最好要能够实时接收卫星发来的目标信号。
但是弹道导弹速度都是二十马赫,弹头又那么小,完全被等离子火球包住了,是收不到外界电磁波的。那如果我解决了这种黑障通信问题,是不是就可以实现多重制导,提高命中率?
甚至可以做到临时更改目标,大幅提高对数千公里之外的航母的打击效能。而且也不需要像星舰直播那么大的数据量,只让弹头接收到目标的实时坐标和火控数据就可以了。
以后咱们飞船要是能用上这个技术,返回的时候保持通信,也会更加安全。
看到这里可以做个总结,
星舰确实是人类第一次搞了黑障区间的全程直播,但是代表不了黑障通信技术的真正难点,它更像一个商业产品的创新。
而我们国家正在突破的黑障通信技术,才是真正的“地狱级”难度,跟星舰不是一个难度等级的,更不是用来搞直播的,比较低调。
经常看到有朋友拿这个来夸星舰,甚至觉得“伟大”“不可思议”,这个真没有必要。其实我反感的并不是星舰或者美国的一些技术本身,我反感的是对美国科技的过度包装、神话,甚至因此妄自菲薄,捧一踩一,这个就不是技术问题了。
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