《讲武堂》第429期：中国新一代载人飞船使用了“黑科技”？

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中国新一代载人飞船使用了“黑科技”？

腾讯网·军事频道杜松涛2016-03-10 13:5

中国新一代载人飞船使用了“黑科技”？

作者：杜松涛

图片：我国新一代载人航天飞船，尾部为逃逸发动机喷管，如果发射时火箭出现故障，可以将飞船推离火箭，用于取代当前火箭顶部的逃逸塔。

2016年3月8日，全国政协委员、中国载人航天工程总设计师周建平透露，6月首飞的长征七号运载火箭将搭载缩小比例的新飞船返回舱。这是我国新一代多用途载人飞船首次得到公开披露，该飞船有20吨和14吨两种型号，具备一系列先进特性，如部分可重复使用、黑障通信、自备动力逃逸技术，从陆上回收为主改为海上回收为主，可实现第二宇宙速度下再入大气层。

消息公开后，有些自媒体，如知名的“占豪”对该新闻进行了很不靠谱的猜测——将黑障通信和第二宇宙速度下再入大气层称为“黑科技”，称前者采用了量子通信技术，后者与自备动力逃逸技术相结合，可轻易突破美国反导系统的拦截，为我国弹道导弹突防提供新途径……

这种解读，不管美国是不是被吓坏，中国航天系统先要被吓死一半。如果负责载人航天的航天科技集团公司一院和五院在一未申请国家课题、二未投入研究经费的情况下实现这些能力，我们还要专职负责导弹研制的航天科工集团公司干什么呢？

黑障通信与量子通讯无关

黑障指的是飞船、返回式卫星和导弹弹头在高速重返大气层过程中，在40至100公里高度出现的无线电通讯中断的情况。这一现象是由于飞行器外壳前部与高空稀薄大气高速摩擦烧蚀、产生等离子体导致的，等离子体可以吸收和反射电磁波，它包裹在飞行器外面时相当于将手机装进密封金属罐中，从而使得通讯中断。

图片：重返大气层时底部超前、利用空气阻力减速的载人飞船。由于摩擦发热，此时飞船防热大底被加热到上千度高温，从而产生等离子体。

实现黑障区通讯的方法多种多样，基本原理却很简单。既然等离子体是航天器外壳前部烧蚀产生的，那么只要调整航天器外形，使飞行器后部的等离子体密度下降，就可以恢复通信能力。例如美国航天飞机就有天然优势，它体型相对扁平，背部等离子体密度小，就在背部设置了通讯天线。

另外等离子体吸收电磁波的频段主要集中在厘米波波段，采用毫米波、米波通讯也可以绕过其屏蔽；或者采用亲电子物质烧蚀材料，降低等离子体的密度、改变其吸收频段等。

图片：航天飞机体型扁平的好处之一是再入时背部等离子体密度小。坏处当然是需要进行隔热防护的面积大，维护困难，容易损伤，两次解体惨剧都是隔热失效造成的。

根据负责飞船研制的航天科技集团五院的公开材料，我国新一代飞船采用了后部二次中继通信的方式突破黑障，即在等离子体密度最低的尾部安装S波段（波长10厘米）通讯天线，先将信号发给附近的载人空间站或分离后的飞船轨道舱，再由其通过地球同步轨道上的中继卫星转发回地面。

图片：一次中继和二次中继通讯示意图，前者只能采用Ka波段，需要为几分钟的黑障通信新增一整套设备。后者采用S波段，无需新增整套设备。

这样做的好处是降低了对飞船通讯系统的要求，新增设备和发射功率要求降到最低，有利于降低系统重量。缺点是只能在载人空间站附近穿过黑障区，限制了重返时间的选择，对任务时间规划提出了略高一点点的要求。不过不用担心，航天员不是逛街中的女人，他们最擅长的就是任务时间规划。

高速再入大气层也不新鲜

第二宇宙速度下再入大气层也不是什么新鲜事物，世界各国早已实现，也没见到军事力量平衡发生什么改变。第一代神舟飞船只用于近地轨道任务，最大速度不过7.9千米/秒，新一代飞船要用于探索月球和其它行星，将达到11.2千米/秒的第二宇宙速度，因此它从月球或火星返回时的速度远超一代飞船，必须进行更大的减速运动。

如果用火箭为飞船减速，需要增加数吨重量；如果沿用老方法在大气层内摩擦减速，也会因为速度太高而需经过更长时间，需要更重的烧蚀防护层。航天器每公斤重量的发射费用高达数千元，因此对重量极其敏感，这两种方法显然都行不通，工程师们最终选择了半弹道跳跃式再入方案。

图片：半弹道跳跃式重返过程，地球外侧虚线代表100公里高度的大气层边缘。

这一重返过程与打水漂类似，飞船首先从80公里左右的大气层高空擦过，依靠空气摩擦实现减速，脱离大气层后再在地球引力场作用下重新降低高度，再次擦过高层大气。经过几次或十几次“跳跃运动”后，飞船速度不足以再次飞出大气层，于是就按照和一代神舟飞船相同的轨道下降到10公里高度，再打开降落伞着陆。

早在2014年11月1日，中国探月工程3期再入返回飞行试验返回器绕月飞行后再入返回地球，就已经首次成功验证了这一技术。（文/杜松涛）

图片：2014年11月1日6时42分，再入返回飞行试验返回器在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆，我国探月工程三期再入返回飞行试验获得圆满成功。