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宇宙飛船返程:為何選擇風險較高的高速穿越大氣層?

作者:ZYGZ

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宇航員,他們是太空探索的勇者,承載着人類的未來和科學的夢想。然而,當他們傳回地球時,面對的卻是一個異常危險的挑戰,那就是穿越黑障區,這個被譽為黑色障礙區的地帶。在這片神秘的區域中,宇航員與指揮中心失去聯系,外部的飛船表面被高速摩擦燒得通紅,而他們必須在這危機四伏的地帶堅持整整4分鐘。

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或許在地球上,4分鐘并不算漫長,但對于那些身處太空的宇航員而言,這4分鐘卻是無比漫長的。那究竟為何要讓宇航員在黑障區内經曆如此折磨?為什麼不對傳回艙進行調整,以避免這種痛苦呢?這裡有許多複雜的科學問題和安全考量需要我們一一探究。

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首先,讓我們深入了解一下黑障區,這個位于距離地面35到80千米的大氣層區域。在這個區域内,氣體因高溫摩擦和太陽輻射而發生電離,導緻離子在降落時包裹着傳回艙,幹擾了與指揮中心的通信,讓雙方失去了聯系。

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而飛船傳回地球的速度非常之快,大約每秒7.9千米,因為在傳回之前,它需要在太空中繞地球運作,然後調整飛行軌迹,使傳回艙與地球表面夾角為3度時才傳回地球。這一高速下,傳回艙的外表會因與氣體離子劇烈摩擦而升至驚人的2000度。這就是為什麼哥倫比亞号航天飛機在傳回過程中由于表面裂縫而最終解體的原因。

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或許有人會提出疑問,為什麼不能在進入大氣層前減速,以避免如此高溫和摩擦呢?是否可以采用反向加速的方式,使傳回艙慢慢穿越黑障區,進而避免表面被燒紅呢?實際上,這個問題遠比想象中複雜。

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要實作反向加速,必須點火,減小傳回艙的速度。然而,在黑障區内,大氣非常稀薄,幾乎屬于真空狀态。是以,如果點火反向加速,傳回艙将會突然回到太空中,導緻無法準确控制其軌迹。而且,這種減速方式需要大量燃料,而傳回艙本身的承載能力有限,難以攜帶足夠的燃料進行此操作。

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那麼,為什麼不在進入大氣層前提前打開降落傘呢?實際上,傳回艙的降落傘并不是随時都可以打開的,而且不止一個。通常情況下,需要三個降落傘,按順序分别是引導傘、減速傘和主傘。這些傘在距離地面大約10公裡的高度才能夠打開。

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引導傘的作用類似于一根引線,用于拉開整個傘包。它非常小,幾乎不起到減速作用。接着是減速傘,它負責減小速度并調整傳回艙的位置。最後才是主傘,巨大的降落傘,具有約1200平方米的總面積。它在接觸地面時會與傳回艙自動切斷連接配接,不再影響傳回艙的移動。

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為什麼不能提前打開降落傘呢?因為降落傘需要大氣層中的空氣來充分展開,而在黑障區内,氣體稀薄,無法滿足降落傘的需求。此外,傳回艙的速度太快,如果提前打開降落傘,它也會遭受高溫摩擦,最終被燒毀。

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那麼為何要不惜一切代價穿越大氣層的黑障區呢?傳回艙之是以選擇穿越黑障區,是因為這是最經濟的方式。其他方式,如反向加速或制作高溫降落傘,都需要額外的能量和成本,使得太空探索的費用大幅增加。相比之下,通過黑障區傳回,雖然危險,但成本相對較低,是以被普遍采用。

宇宙飛船返程:為何選擇風險較高的高速穿越大氣層?

宇航員,他們在太空探索的道路上承擔着巨大的風險。從火箭升空到穿越黑障區,再到着陸,每一步都充滿不确定性和挑戰。然而,正是有了這些不屈不撓的勇者,人類才能不斷前行,開拓太空的新領域。

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