航天器在返回地球時出現的黑障無法避免嗎？
以現在的航空航天技術能否避免黑障或者完全消除黑障帶來的影響？
這是一個一直很想答的問題。當然問題的答案其實很簡單：黑障可以繞過，但是等離子鞘套現有條件無法避免。今天決定來寫一寫，相信在瀏覽這個回答的過程中，您也能感受到為什麼每個航天員都是九死一生的英雄。
什麼是黑障
我們先從解釋黑障開始，
水滴入水，濺起漣漪朵朵，這樣的景色是不是很美？但是在這樣的美景里隱藏著一個非常殘酷的物理現實：當物體以高速在密度不同的介質中運動時，會產生衝擊波。
當然，圖中這種的衝擊波好像清風拂面，在夏威夷可能只是白色浪花拍打著金黃的沙灘。但是如果把水滴加速到7Km/s，同時把水滴換成其他物體，比如載人航天器呢？航天器再入稠密大氣時，就是這種情形。
此時航天器處於超高音速，同時周圍大氣密度急劇改變，航天器前端會出現超強衝擊波，使航天器周圍空氣溫度急劇升高，這樣會導致周圍大氣和航天器表層的隔熱材料電離。當這種反應極為嚴重時，量變引起質變，會在航天器表層覆蓋一層難以逸散的高溫等離子體，一般稱為等離子鞘套。
這種情形會出現在任何航天器以超高速再入任何行星大氣，包括地球，火星和以後可能出現的木星等等。所以，等離子體鞘套現階段無法避免，除非大幅度減緩航天器落地速度。
等離子體被稱為物質除液態，氣態，固態之後的第四態，與之相關的物理學研究一直很活躍，比如1970年，漢尼斯·阿爾文因為對等離子體的研究獲得諾貝爾物理學獎。在物理研究中等離子體具有很好的性質，比如，電導率非常高，通常可假設等離子體的電導率為無限大，就是超導體；再比如，粒子間會因為電磁力產生波和磁場。
但是當等離子體內部的物體要與外部通信時，某些特性就是負面影響。
信號穿過等離子體時，因為磁場，會導致嚴重的信號衰減、電磁雜訊和隨機相移。隨機相移意味著現有的基於相位調製的通信系統和相位鎖定幾乎不可用，信號衰減會導致無法追蹤載波。通俗意義上的理解，就是無線通信幾乎被阻斷，就像進入了黑障，這也就是黑障的由來。
黑障因為等離子鞘套而來，但是等離子鞘套是可以繞過的，因此黑障可以克服。
不過我們要先談談黑障的危害。
黑障的危害
航天其是一門精密學科，尤其涉及航天器控制的時候。7Km/s的航天器假如偏離了預定軌跡且無法改變，即使只有短短几分鐘，落地誤差可能就會高達幾十至幾百公里，這幾十到幾百公里可能就導致撞在山上或者岩石上機毀人亡。這種情況當高層大氣變化劇烈時可能經常發生，比如有大風吹過時。。。
如果運氣不錯落點還行，搜救也很難。因為等離子鞘套的存在，雷達並不能很精準的看到落地軌跡。如果落地的航天器是衛星，其實還好，畢竟可以慢慢找，不行丟了就丟了嘛，只是經濟損失。但是要是裡邊坐了個人，尤其是可能會因為超高音速壓力導致昏厥的航天員。
這一定是九死一生。
黑障的解決方法
如上文所說，等離子鞘套一定會存在，但是理論上，通信黑障有很多很多解決方法，比如，
- 等離子體分布其實是不均勻的，可以通過改變航天器外形和天線部署位置，利用等離子體在航天器尾部比較薄的情況，向太空發射信號並通過衛星中繼來維持通信。
- 化學方面，通過改變航天器表層材質，或者通過噴射氟利昂減少等離子體厚度和改變其中的電離物質成分，
- 物理方面，通過外加強磁場，約束等離子體內部電子運動，這種情況相當於給等離子體開了個窗用以通信，
- 通信方面，通過增強信號發射功率和改變頻段，讓信號穿透等離子體。
但是這些都方面都與航天器設計密切相關，畢竟航天器任何形狀，材料，功能上的改變都不是一個小工程。
至於現在黑障有沒有被解決，只能說部分被解決了。
2008年「鳳凰號」火星探測器在進入火星大氣時，曾預測可能會出現「黑障」，但是實際情況是，「鳳凰號」與3個中繼軌道器通信良好。當時認為可能是因為，進入速度5.6km/s慢於預計速度(5.8km/s) 0.2km/s，導致等離子體成型厚度不夠，所以在上述一系列改進下，通信系統運行良好。
2012年「好奇號」火星探測器在UHF波段有95s左右的通信中斷，但是在X波段沒有中斷。
所以，可以認為目前在火星任務上已經部分解決了「黑障」問題。
完。
以上內容都來自公開文獻。
[1]崔平遠, 竇強, 高艾. 火星大氣進入段通信 「黑障」 問題研究綜述[J]. 宇航學報, 2014, 35(1): 1-12.
[2]王唯, 關仰澤. 關於黑障問題的探索[J]. 863 航天技術通訊, 1999 (6): 32-37.
[3]袁忠才, 時家明. 飛行器再入大氣層通信黑障的消除方法[J]. 航天器環境工程, 2012 (2012 年 05): 504-507.
[4]王家勝, 經姚翔, 楊顯強, 等. 採用衛星中繼克服航天器再入通信黑障的途徑[J]. 航天器工程, 2015, 24(3): 1-8.
在NASA自己的宣傳片《從地球出發》的最後一集中，講述到「哥倫比亞」號失事時，放出了 太空梭返回大氣層時內部的視頻，旁白說「一般來說由於黑障的存在，航天器在重返大氣層時會遭遇通訊中斷的現象，但此時NASA已經有了一種新的技術，可以繼續與航天器保持聯繫」。
所以，從現在已有的技術角度來說是可以避免的。
當然可以避免！要相信大力出奇蹟，只要飛船發動機夠強大，完全可以憑藉強大的反推力慢慢降落啊，這不就啥問題都沒了么？！
無法完全避免，但可以設法繞過去，比如太空梭。再入時黑障在前方，背面可以與衛星通信，通過衛星中繼就行了。
好奇飛船後部增加一根超長天線會怎麼樣
黑障和速度、空氣密度、通信頻率有關，繞過這三項就好，要麼在外層空間就降低速度到一定程度慢慢降下來，要麼加大頻率到不影響通訊的程度，總之要付出較大代價
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