[科普中国]-再入效应

简介

再入是指某物体从地面进入大气层以外空间飞行后,又重新返回大气层内的过程。此种物体称为再入体,如导弹、回收的卫星、飞船返回舱等。空间飞行体以高超音速再入大气层时,与大气层相互作用,将出现一种在真空中自由飞行时所没有的现象,即再入效应1。

特点再入体进入大气层后,由于强烈的激波压缩和粘性摩擦作用,再入体周围的温度迅速升高,高温足以使空气发生离解和电离,也使防热材料被烧蚀,这样在再入体周围形成十分复杂的、由几十种化学组分组成的高温(峰值温度为8000K左右)、峰值电子数密度为(~)/立方厘米的电离层,形成的电离层就像剑鞘一样覆盖着再入体表面,这个包覆再入体的电离层叫做等离子体鞘套;同时,再入体尾部形成峰值温度约3000K的等离子体尾流,其长度达再入体底部直径的数千倍。等离子体鞘套和尾流产生强烈的光辐射并对雷达散射特性产生明显影响。

意义对再入效应的产生和发展规律进行深入研究,在军事上具有重要的意义,不仅涉及卫星回收,而且涉及到各类高超声速飞行器(尤其是弹道导弹)的识别、监视、探测、跟踪,因而也是弹道导弹识别和反识别、突防和反突防的重要物理和技术基础。

影响导弹和飞船返回地面过程中,遇到的一个普遍问题是,在某段高度与地面突然失去无线电联系,数据无法发送到地面。这种现象叫做再入通讯中断,即黑障问题。造成此种中断的原因较多,其中一个直接原因是:在某段高度上,等离子体鞘套电子密度骤然增加,以致等离子体频率大于天线的工作频率,使无线电波无法穿透等离子体层而达到地面。