Language
Country/Area
No result found
大氣進入的奇蹟：為什麼航天器要面對這場火焰之旅？
航天器從外太空進入地球大氣層的過程，無疑是人類科技中的一大奇蹟。這一過程不僅充滿了高科技，還面臨極高的風險和挑戰。此時，航天器必須應對巨大的氣動加熱和機械應力，這使得入口過程成為一場真正的火焰之旅。那麼，究竟是什麼驅使我們去面對這樣的挑戰？
當航天器以相當高的速度進入大氣時，會產生極高的熱量和機械壓力。
航天器的進入過程可以分為兩種：不受控的進入，如星際天體或太空垃圾；和受控的重返，這需要精確的導航和計劃。所謂的「進入、下降和著陸（EDL）」方法就是控制這一過程的關鍵所在。
在再進入過程中，航天器必須抵抗來自大氣的摩擦力以及由此引起的熱量。這一過程涉及到氣動加熱，主要是由於空氣在物體前方被壓縮造成的。這樣大氣的阻力和熱量若未能妥善控制，輕型航天器可能會因塔貝脫落或甚至在大氣層中解體。
進入大氣層的物體以每秒7.8公里至12.5公里的速度進行，根據不同的進入角度和物體的特性會產生不同的熱量。
例如，宇航員乘坐的太空船在進入大氣之前，必須減速到次音速，以便可以安全使用降落傘或氣暫停裝置。在進入過程中，同時也面臨著重力的加速度，這也是為什麼在那種時刻，強有力的技術支援顯得至關重要。
回顧歷史，大氣進入的技術可以追溯到20世紀初期。早在1920年，羅伯特·戈達德就提到過可熱減的外殼設計。他預測利用具有很高熔點的硬質材料作為外層，可能會大幅減少航天器進入過程中的熱量損失。
實際進入系統的發展是隨著彈道導彈的射程和重返速度的提高而逐步進行的。
進一步來看，設計航天器進入的方式涉及對形狀的考慮。基本的設計包括球形和圓錐形的混合、雙節形以及非對稱形狀等，這些都有助於在進入過程中減少熱量影響。例如，球形結構非常適合在早期進入時減少阻力，使得航天器整體保持靈活。
值得注意的還有進入時的熱量來源，包括來自熱氣流的對流以及與大氣氣體的化學反應。通過控制結構的形狀，設計師能夠有效地管理熱負荷，在可接受範圍內保障航天器及其乘員的安全。
在高速度進入的初期，輻射加熱會占主導地位，但隨著速度的減慢，對流加熱將成為主要來源。
進入階段的氣體物理學取決於許多因素，涉及理想氣體與現實氣體模型的改變，這使得航天器不同於任何其他類型的飛行器。對於航天工程師而言，這是一個不斷挑戰的領域，必須不斷創新以應對變化。
隨著技術的推進，許多先進的材料和技術被開發出來，導致航天器進入的效率和安全性得到了顯著提高。例如，智能航天器的設計不再依靠單純的對流保護，而是引入了各種創新的複合材料來抵禦強烈的熱流。
雖然進入過程是充滿挑戰和風險的，但人類探索和了解宇宙的渴望驅動著科技的不斷進步。面對這一切，我們不禁要問，未來的航天器設計將迎來哪種重大的變革，以應對不斷挑戰的極端環境？
