当宇宙飞船返回地球时，为什么要不惜燃烧代价，高速穿过大气层？

宇航员返回地球最危险的时候就是穿越黑障区，又称黑色障碍区。

当返回舱进入黑障区后，舱内的宇航员会与指挥室失去联系，没人知道这段时间发生了什么。

与此同时，返回舱外表在高速摩擦中被烧得通红。

宇航员需要在这样的危险中坚持4分钟。

也许我们在地面不会觉得4分钟漫长，但是对于宇航员来说，这4分钟是无比漫长的。

飞船返回着陆

既然穿越黑障区如此危险，为什么返回舱不做出调整？这样就不用承受这么多痛苦。

为什么不反向加速？

为什么不提前打开降落伞？

黑障区还有哪些危险？

未来能否有更好的返回方法？

当宇宙飞船返回地球时，为何要不惜燃烧的代价来高速穿过大气层？

穿越黑障区

为什么不反向加速？

黑障区指的是距离地面35到80千米的大气层，这里的气体因为高温摩擦、太阳辐射发生了电离。

所以在降落穿越的时候，这些离子会包裹住整个返回舱，影响返回舱与指挥室的通讯，让双方都失去信号。

返回舱进入大气层的速度有多快？

差不多是每秒7.9千米，因为在返回之前，需要围绕地球运动。

等行驶到返回位置后，开启发动机，调整返回舱的飞行轨迹，当返回舱与地球表面的夹角为3度时，返回地球。

返回舱表面的烧痕

由于降落的速度过大，返回舱与气体离子产生剧烈的摩擦，从而让返回舱表面温度达到惊人的2000度。

当年哥伦比亚号航天飞机就是因为表面有一条不起眼的裂缝，结果在返回的过程中穿越黑障区，导致裂缝被撕裂，最后整个航天飞机都解体了。

不少人有疑惑，为什么不能提前减速，让返回舱不要以这么大的速度进入大气？

比如，是否可以反方向加速，这样就可以缓慢穿越黑障区，返回舱也不会被烧得黢黑。

进入大气开始燃烧

理论上是可以的，然而实际执行起来，难度太大！

返回初速度实在是太大了，如果要削弱速度，必须反向点火。

可是，地球大气最外层非常稀薄，差不多属于真空状态，如果反向点火，会让返回舱突然又返回到太空中，回了个寂寞。

再说了，这种消耗自身能量的减速方式，得燃烧大量的燃料，返回舱本身的承载量就不大，无法携带大量的燃料。

如果真要采取这种模式回来，那么花费也将变得巨大，起码飞船就必须携带更多的燃料。

既然反向加速不行，那提前打开降落伞呢？

返回舱着陆

为什么不能提前打开降落伞？

返回舱的降落伞可不是说打开就打开的，而且它不止一个降落伞。

一般来说，飞船返回地面的时候，需要三个降落伞，按照打开顺序为引导伞、减速伞和主伞。

在距离地面大约10公里的时候，就可以打开伞了。

引导伞出场的时间很短，也就1秒钟，它的本质像一根引线，起到拉开整个伞包的作用。

引导伞非常小，几乎起不到减速的作用，真正减速的是后两个伞。

引导伞正常工作后，第二个减速伞也迅速打开，它的作用就是进行减速和摆正返回舱的位置。

巨大的降落伞

越靠近地面，大气密度就越大，由于摩擦等原因，返回舱不一定是正着落下来的。

减速伞让返回舱来个突然“刹车”，减速的同时摆正姿势。

最后打开的伞是主伞，也就是我们看见神州飞船回来打开的上面有圆环的大降落伞。

它有多大，伞的总面积足足有1200平方米，和它比起来，返回舱都显得袖珍。

当返回舱接触到地面的一瞬间，降落伞与返回舱的连接处自动切断，两者再也没有连接，就算风将降落伞卷走，也不会影响到返回舱。

返回舱的外表结构

这么做的原因，是为了减少后续的伤害。

因为大伞的面积非常大，如果它还和返回舱相连，一旦遇上强风，吹动大伞后，它会拉着返回舱到处跑，导致返回舱在地面上滚动，里面的宇航员很有可能受伤。

至于为什么不提前打开降落伞，那当然是降落伞需要空气！

大气层上表面空气稀薄，打开了降落伞也没办法撑开。

而且当进入大气时的速度太快，如果打开降落伞，它也去参与摩擦，直接就被烧没了。

降落伞的圈圈是为了更容易被发现

为什么不惜一切代价穿越大气层？

返回舱以飞蛾扑火的态度穿越大气层的黑障区，不惜一切代价，哪怕外壳都已经燃烧起来。

因为这是可以想到的，最便宜的返回方式。

前面提到的反向加速需要额外燃烧能量，提前打开降落伞则需要提高降落伞的质量，制作出耐高温的降落伞材料。

这样算下来，价格会是自由落体返回的数倍。

太空中的卫星

这种利用地球自身的引力返回的方式，整个过程中基本不用额外的能量，利用引力和空气阻力完成。

通过黑障区的主要危险就是高温和失去联系，失去联系这件事目前还无法克服，但是高温可以通过提高返回舱的材料质量来完成，这比研制高温降落伞更容易。

既然都是穿越大气层，为什么飞船上天的时候不会燃烧，但是回来的时候被烧得发红发烫呢？

返回舱被烧掉的一部分

飞船如果想要离开地球进入太空的轨道，就必须以不小于7.9千米/秒的速度进入太空。

对于地球上发射的火箭来说，它需要加速升空。关于太空与大气的分界线，被称为冯·卡门线，距离地面100千米。

而黑障区的范围是距离地面35到80千米，火箭在这个区域的速度只有每秒4到5千米，这个速度的摩擦，还不足以将外表材料燃烧起来。

火箭升空

并且飞船升空，越往上走大气密度越小，那么摩擦也就越小；而返回舱降落，越往下空气密度也在增大，摩擦会越来越大。

因此，飞船上升的时候，表面并不会被烧得通红，但是在降落穿越大气层的那时候，会被烧成“火球”。

其实从上个世纪60年代开始，人们就在寻找消除黑障区的方法，然而半个多世纪过去了，还是没能解决，因为黑障区的气体是人类无法控制的。

航天飞机升空

宇航员会经历什么？

如果坐过跳楼机，就会感受到什么叫坠落，对于宇航员来说，返回的过程中就是长时间的“跳楼”。

当然，对于训练有素的宇航员来说，他们的身体素质是完全可以承受的。

如果仔细注意就会发现，我们的神舟系列宇航员在空间站执行任务的时候穿的是制服，但是返回过程中全程穿着宇航服。

这其实是为了保护宇航员，因为宇航服可以阻绝一定的高温。

如果返回舱不幸出现了裂纹，导致舱内温度升高，那么宇航服能保护宇航员不至于被高温直接烤化了。

宇航员身着宇航服返回

若是出现哥伦比亚号航天飞机的情况，哪怕宇航员穿着宇航服，也无法幸免，宇航员是高危的职业。

此外，飞船降落并不是完全降落在地面，有的情况下会降落在水里。

返回舱是水陆两用的，可以漂浮在水面上。它还具备信号弹，会将降落附近的水染成醒目的橘红色，这样救援飞机就能很快地发现它。

可以说，从火箭升空到返回舱落地，宇航员都生死未卜，他们在用自己的生命为人类未来的太空事业开辟道路。

历史上，有22位宇航员在执行任务的过程中牺牲，还有很多预备宇航员在训练时遭遇意外。

宇航员训练

每一位宇航员，都是人类的英雄。