中國新一代載人飛船使用了「黑科技」？

圖片：我國新一代載人航天飛船，尾部為逃逸發動機噴管，如果發射時火箭出現故障，可以將飛船推離火箭，用於取代當前火箭頂部的逃逸塔。

2016年3月8日，全國政協委員、中國載人航天工程總設計師周建平透露，6月首飛的長征七號運載火箭將搭載縮小比例的新飛船返回艙。這是我國新一代多用途載人飛船首次得到公開披露，該飛船有20噸和14噸兩種型號，具備一系列先進特性，如部分可重複使用、黑障通信、自備動力逃逸技術，從陸上回收為主改為海上回收為主，可實現第二宇宙速度下再入大氣層。

消息公開後，有些自媒體，如知名的「占豪」對該新聞進行了很不靠譜的猜測——將黑障通信和第二宇宙速度下再入大氣層稱為「黑科技」，稱前者採用了量子通信技術，後者與自備動力逃逸技術相結合，可輕易突破美國反導系統的攔截，為我國彈道飛彈突防提供新途徑……

這種解讀，不管美國是不是被嚇壞，中國航天系統先要被嚇死一半。如果負責載人航天的航天科技集團公司一院和五院在一未申請國家課題、二未投入研究經費的情況下實現這些能力，我們還要專職負責飛彈研製的航天科工集團公司幹什麼呢？

黑障通信與量子通訊無關

黑障指的是飛船、返回式衛星和飛彈彈頭在高速重返大氣層過程中，在40至100公里高度出現的無線電通訊中斷的情況。這一現象是由於飛行器外殼前部與高空稀薄大氣高速摩擦燒蝕、產生等離子體導致的，等離子體可以吸收和反射電磁波，它包裹在飛行器外面時相當於將手機裝進密封金屬罐中，從而使得通訊中斷。

圖片：重返大氣層時底部超前、利用空氣阻力減速的載人飛船。由於摩擦發熱，此時飛船防熱大底被加熱到上千度高溫，從而產生等離子體。

實現黑障區通訊的方法多種多樣，基本原理卻很簡單。既然等離子體是太空飛行器外殼前部燒蝕產生的，那麼只要調整太空飛行器外形，使飛行器後部的等離子體密度下降，就可以恢復通信能力。例如美國太空梭就有天然優勢，它體型相對扁平，背部等離子體密度小，就在背部設置了通訊天線。

另外等離子體吸收電磁波的頻段主要集中在厘米波波段，採用毫米波、米波通訊也可以繞過其屏蔽；或者採用親電子物質燒蝕材料，降低等離子體的密度、改變其吸收頻段等。

圖片：太空梭體型扁平的好處之一是再入時背部等離子體密度小。壞處當然是需要進行隔熱防護的面積大，維護困難，容易損傷，兩次解體慘劇都是隔熱失效造成的。

根據負責飛船研製的航天科技集團五院的公開材料，我國新一代飛船採用了後部二次中繼通信的方式突破黑障，即在等離子體密度最低的尾部安裝S波段（波長10厘米）通訊天線，先將信號發給附近的載人空間站或分離後的飛船軌道艙，再由其通過地球同步軌道上的中繼衛星轉發回地面。

圖片：一次中繼和二次中繼通訊示意圖，前者只能採用Ka波段，需要為幾分鐘的黑障通信新增一整套設備。後者採用S波段，無需新增整套設備。

這樣做的好處是降低了對飛船通訊系統的要求，新增設備和發射功率要求降到最低，有利於降低系統重量。缺點是只能在載人空間站附近穿過黑障區，限制了重返時間的選擇，對任務時間規劃提出了略高一點點的要求。不過不用擔心，航天員不是逛街中的女人，他們最擅長的就是任務時間規劃。

高速再入大氣層也不新鮮

第二宇宙速度下再入大氣層也不是什麼新鮮事物，世界各國早已實現，也沒見到軍事力量平衡發生什麼改變。第一代神舟飛船隻用於近地軌道任務，最大速度不過7.9千米/秒，新一代飛船要用於探索月球和其它行星，將達到11.2千米/秒的第二宇宙速度，因此它從月球或火星返回時的速度遠超一代飛船，必須進行更大的減速運動。

如果用火箭為飛船減速，需要增加數噸重量；如果沿用老方法在大氣層內摩擦減速，也會因為速度太高而需經過更長時間，需要更重的燒蝕防護層。太空飛行器每公斤重量的發射費用高達數千元，因此對重量極其敏感，這兩種方法顯然都行不通，工程師們最終選擇了半彈道跳躍式再入方案。

圖片：半彈道跳躍式重返過程，地球外側虛線代表100公里高度的大氣層邊緣。

這一重返過程與打水漂類似，飛船首先從80公里左右的大氣層高空擦過，依靠空氣摩擦實現減速，脫離大氣層後再在地球引力場作用下重新降低高度，再次擦過高層大氣。經過幾次或十幾次「跳躍運動」後，飛船速度不足以再次飛出大氣層，於是就按照和一代神舟飛船相同的軌道下降到10公里高度，再打開降落傘著陸。

早在2014年11月1日，中國探月工程3期再入返回飛行試驗返回器繞月飛行後再入返回地球，就已經首次成功驗證了這一技術。

文章來源: https://www.twgreatdaily.com/cat34/node957603

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