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撰文：马克·沃尔弗顿（Mark Wolverton）
翻译：庞玮
航天器重返大气层时的通信黑障问题受到了美国空军的关注，如何让再入大气层的航天器和10马赫飞行器不再受无线电黑障的困扰成为了最终要攻克的问题。
航天器重返大气层时会发生令人心烦意乱的通信黑障（blackout），给早期太空探索平添了一丝紧张——其中最令人揪心的，或许是伤痕累累的阿波罗13号返回途中的那一段无线电静默。即便到了今天，美国空军研制的新型飞行器和武器系统仍然会受到黑障的困扰，他们希望能够找到刺穿黑障的方法。
航天飞船的返回舱在以超高速进入大气层时会产生激波，使返回舱表面与周围气体分子呈黏滞状态，温度不易散发，形成一个温度高达几千摄氏度的高温区。高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离，形成一个等离子区。它类似一个套鞘包裹着返回舱。因为等离子体能吸收和反射电波，会使返回舱与外界的无线电通信衰减，甚至中断。这种现象被称为黑障。
高速飞行的物体会加热前方的空气，将它们电离成等离子体，而无线电无法穿透等离子体，于是就会发生黑障。与飞机速度达到1马赫（Mach，航空航天领域常用的速度量度单位，是指物体速度与所处环境中音速的比值）突破音障时产生激波类似，再次进入大气层的航天器和超高音速飞行器在速度达到10马赫时，也会形成等离子体激发区。航天飞机能避免黑障的影响，那是因为它底部宽大的外形能在身后的等离子体流中形成空洞，通信和遥测信号从空洞中传出，再通过全球卫星网络传回地面。但是，小型飞行器会被等离子体包裹得滴水不漏，因而无法避免黑障。
这个问题引起了美国空军的关注，因为他们计划开发的飞行系统中可能包括高超音速的导弹、侦察飞行器，甚至还有时速可达10马赫的载人飞行器。美国爱德华飞行测试中心的研究员查尔斯·琼斯（Charles H. Jones）解释说：“（在测试和评估领域）我们的标准做法是，飞行器在天上飞，人员在地面上遥控，遥测数据从飞行器传回地面，让人能够监测飞行器。”黑障会切断测试飞行器与地面的联系，不仅如此，某些时候测试飞行器偏离测试计划时，黑障还会阻碍地面向飞行器发送自毁信号。
滚烫的归途：计算机模拟显示了一个空间返回舱在重新进入大气层时产生的热流。
另一个关注重点来自卫星导航信号。美国马里兰大学航天工程师、美国空军前任首席科学家马克·路易斯 （Mark Lewis）指出：“军队现在对全球定位系统越来越依赖了。”美国空军科研部（Air Force Office of Scientific Research，AFOSR）资助的2006年波士顿会议专门研讨了黑障问题，在会议的最终报告中，路易斯写下了他所认同的观点：“接收GPS信号是最关键的能力，为此我们必须找到解决办法……GPS也是最难解决的问题，因为信号本身就很微弱。”
琼斯有关黑障问题的呼吁，过去一直处于无人理睬的状态。他指出，“10马赫的设计（当时）并不常见”，所以“对很多人来说，这不是一个亟待解决的问题”。但随着更高速飞行器设计的出现，被他称为“等离子超音速”的10马赫大关开始被人触及，黑障现象也引起了越来越多的关注。
在2006年波士顿会议上冒出的点子并不少，包括：调整飞行器设计参数，最大程度地减小产生的等离子体“外罩”；在飞行器前端加装一根“空气针”，刺穿到等离子体之外；寻找不受等离子体影响的频率段；用超大功率的信号收发器强行突破等离子体层；把一种能够结合电子的物质（很有可能是水）喷洒到等离子体中，干扰等离子体的形成。还有一些更加奇怪的想法，需要利用高功率激光器，或者让飞行器抛出一系列微型中继设备，类似于用漂流瓶来传递信息。
尽管上述所有解决方案在理论上都可以实现，但路易斯指出，“现在的问题是，从工程技术角度来看，这些想法是否可行”。喷水的想法早在20世纪60年代就在美国的双子星载人航天计划中尝试过。但要收到实际效果，飞行器必须喷出大量的水，远远超过实际上可能携带的水量。
不过“喷水方案”的一个改进版本却显示出很强的竞争力。这个方案利用一种烧蚀材料制作飞行器表面的隔热层，高温下这种材料会部分汽化，产生能够结合电子的物质，进而“中和”等离子体。琼斯说：“从技术层面来看，这似乎是最简单的方案。”与此同时，路易斯觉得自己应该“彻底放开思路。我们还有很多种方案可以探索，我觉得现阶段应该把所有方案都考虑进来”。琼斯也指出，要想实现所有预期的应用，最后很可能要把多种技术结合在一起。
琼斯总结说，眼下大家达成的共识是，“我们没有足够的实验数据来对这些方案进行筛选”。研究一个在很多人看来还属于长远问题的课题，很难得到经费支持。尽管流体力学数值模拟和风洞实验能提供一些关键线索，但实际方案可能要求进行飞行测试，这就需要大把地花钱。
无论如何，工程技术人员最终都要克服高超音速下的黑障问题。琼斯说，“我可不想看到一架速度达到15马赫、说不定还全副武装的无人飞行器，不受地面控制地在天上乱飞。”想象一下，一架不受控制的飞行器以大约16,000千米/小时的速度在天上呼啸而过，你就明白琼斯可不是在开玩笑。