神舟十三号经过“黑障区”时，北斗导航，能否给出其位置与速度？

神舟十三号在众目睽睽之下成功降落在东风登陆场。听着宇航员们“已经出舱了，感觉很好”的回答，让大家悬着的心都落地了。

神舟十三号

为什么大家这么紧张？原来，神舟十三号返回时会经过“黑障区”。这个阶段非常危险。

那么，什么是黑区？是怎么产生的？黑障区会产生什么样的威胁？有没有解决的办法？

很多了解黑障区的人应该都知道，此时会经历短暂的“失联”，而的时间段会给落地带来一定的风险，所以实时定位就显得尤为重要。

这样，当神舟十三号通过“黑障区”时，北斗导航终端能否给出其位置和速度呢？

北斗卫星导航系统模型

黑区的威胁

宇宙飞船返回舱返回地球的速度非常快。在这种情况下，返回舱会与大气发生剧烈摩擦，变成燃烧的“火球”。

这种情况下，会穿过“黑障区”或所谓的“黑障现象”。那么，究竟什么是黑区呢？

一般来说，当飞行器在邻近空间以马赫或以上的速度在大气层中飞行时，此时飞行器周围会形成一层等离子体，科学家称之为等离子护套。

其实这层等离子体是由于强烈的冲击波压缩和高速摩擦，使空气中的氮分子和氧分子电离或离解反应.

返回舱在返回地球时会变成一个“大火球”电磁波的传播，在这个过程中电磁波会被反射和折射。

和地面与飞行器之间的通讯靠的是电磁波。当传播功率明显衰减时，飞行器会暂时与地面站“失联”。

这期间要是出了什么意外，那真是叫“天天不该干，地不干”。

研究表明：

在这种情况下，通信中断通常发生在距地面100km至20km的高度。这是航天器再入过程中的通讯中断现象。被称为航天器重返大气层的禁区。
地面控制中心的研究人员
将返回舱送回地球本身就很危险。另外，当出现黑障现象时，返回舱外的温度非常高，如果隔热出现问题，舱内的宇航员会有生命危险。
此外，地面工作人员需要获取再入舱降落位置，以便尽快赶到现场，帮助宇航员出舱。
在这种情况下，黑色屏障成为国内外航天研究所一直在研究的问题。
可以说，从20世纪60年代开始，科学家们就试图通过地面模拟实验等方法解决黑障问题，但情况并不乐观。
地面模拟实验
有人会说我们可以用我们的北斗导航吗？北斗导航终端能否克服黑障问题，准确给出神舟十三号当时的位置和速度？
北斗导航终端首先简单介绍一下北斗卫星系统。该系统是我国为国家安全和经济社会发展自主建设和运行的全球卫星导航系统。。
北斗卫星导航系统的发展其实和中国的探月计划一样，都制定了“三步走”的战略。
发射了2020年的最后一颗组网卫星，即北斗三号。至此，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。
北斗卫星导航系统
说起来，完成北斗导航确实是我们的骄傲，但是无法提供神舟十三号通过“黑障区”时的位置和速度。
返回舱着陆后只能利用导航信号完成“精准定位”，将返回舱所在位置告知地面指挥中心，并组织救援人员迅速赶赴现场用于救援。对于这种情况，其实北京卫星信息工程研究所的工作人员已经进行了评估和研究，得到了北斗导航信号的幅度与飞机的飞行高度和速度之间的关系飞机。
返回舱着陆后，需要对北斗导航系统进行精确定位
具体研究对象是北斗三代卫星导航系统，其信号带宽比传统信号，为什么特意提到这一点？
由于信号的带宽越大，其潜在的抗等离子效果就越高，可以进一步提高系统的测距精度。
通过仿真研究发现，飞行器各部位等离子体对北斗导航终端信号的影响是不同的。
首先是头。当飞行速度是12马赫时，传动还是很好的，还是可以穿透一些能量。
但当飞行速度达到18马赫时，的透过率接近0。
卫星导航定位
只在侧的中间，如果飞行速度仍然是12马赫，电磁波是在垂直入射，那么此时的等离子将不会起到任何屏障效果。
当速度达到马赫18时，电磁波无法穿透等离子鞘层。

研究结果表明，弹头位置的北斗卫星信号无法穿透等离子鞘，尾部受等离子鞘影响最小。当飞行速度为18马赫时，1.2GHz的B2、B3频段导航信号传输率约为80%。对于1.5GHzB1频段导航信号的透过率约为95%。

由此可见，虽然北斗导航系统已经很强大了，但是遇到黑色障碍物的时候还是显得有些力不从心。

因此，目前北斗导航终端的主要功能是在着陆后快速锁定飞船返回舱的位置，从而进一步缩短救援时间。

要知道，救援队到达返回舱附近的时间越长，发生事故的可能性就越大。

然而，当返回舱位于黑色屏障区域时，宇航员只能靠自己了。

说起来，从上个世纪开始，人们就开始研究停电的解决方案，到现在有什么成果吗？

救援要快

缓解停电的技术方法

停电现象作为宇航员们跃跃欲试的一座山峰，一直以来都是科学家们关注的对象。

这些年来，关于如何减轻或消除等离子鞘现象，至少提出了14种想法，包括低频法、激光法、高频法、选择适用再入飞行器气动外形、磁窗法、拉曼散射法等。

接下来我们就挑选其中的几个来详细讨论一下，看看这些方法能不能缓解停电问题。

中国“航天四大元老”

首先说说亲电材料的注入方法将亲电物质注入到流体流场中，使这部分的电子和离子重新结合，并最后降低密度。

这样的话，电磁波的作用岂不是更明显？

吉尔玛等人。提出了一种将固体亲电子物质注入等离子体鞘层的方法。在等离子活性成分的作用下，含有固态亲电物质的感应电极会产生负电位，使亲电物质呈气态。进入等离子体鞘层可使等离子体鞘层中的电子数密度降低2/3。

等离子鞘形成

后，改变飞行器形状，从而缓解黑障。飞船返回舱的形状大家应该都见过吧。的底部是扁平的，顶部是椭圆形的，看起来像一个“铁锤”。

其实就是钝头型，是大多数航天器的首选。的电子密度在迎风面和背风面有着巨大的差异。

当然，现在很多科学家提出“膜式”，被认为是下一代飞行器的预选方案。

神舟十三号返回舱

最后就是大家比较熟悉的接力方式。

此外，上述研究还表明，电磁信号在飞行器各部位的穿透效果是不同的。

因此，中继方式主要是利用等离子体的不均匀性，从等离子体角频率相对较弱的背风面开始，提供中继卫星系统建立通信。

不得不说，这种迂回的解决掉线问题的方式，看起来确实很不错。

嫦娥四号

不过，科学家们认为，与传统的接力方式相比，返回舱可能需要采用第二种接力方式，即介于返回舱和中继卫星之间增加一个中继站，既可以节省成本，又可以缩短传输距离。

你们觉得哪种方法比较靠谱呢？

期待在无数科学家的努力下，能为我们的航天英雄们增添更多的“安全感”，让他们安全上太空，毫发无伤地归来！