另一部航天史

杜骏豪

转瞬即逝的流星可以说是地球人的“宠儿”，它总是承载着人们的愿望和希冀。若你在寂静的深夜仰望天空，时不时便会看到一颗流星拖着长长的尾巴划过天际。像这样能够用肉眼看到的流星体，一般直径都有几厘米。在高速坠落的过程中，它们与大气层剧烈摩擦从而生热、燃烧甚至爆炸，稍小的流星体会灰飞烟灭，少见的大流星体因为无法燃尽，会落在地面上成为珍贵的陨石。

环绕在大气层之外的不仅仅有宇宙尘埃，还有卫星等人造天体。它们的尺寸一般比流星体大得多，坠入大气层时也会像流星一样与大气层剧烈摩擦、燃烧发光，而这个坠入的过程便是航天领域所说的“再入”。

近地轨道并不是完全真空的状态，这里还有微量的大气分子。运行在这个轨道上的人造天体在高速运行时会与这些大气分子碰撞，导致减速，并造成自身的轨道缓慢降低。人造天体为了能够一直运行在预定轨道上，往往会携带一部分推进剂来抵消碰撞带来的影响。然而，如果这些推进剂消耗殆尽，或是人造天体发生故障失去控制的话，那么保持轨道高度显然就成了一件不可能完成的任务，这些人造天体最后的归宿就是接触到大气分子稠密的大气层，再入烧毁。据统计，平均每天都会有一个在轨航天器或其构件再入大气层。失控再入往往是一个漫长的过程，因为从几百千米的轨道高度到大气层内部可能需要几个月甚至几年的时间。唯一可以确定的事情是：我们很难对失控天体的再入时间与地点进行预报。

1978年1月24日，苏联的Kosmos954核动力卫星失控再入，这个3.8吨的大家伙于加拿大西北部坠毁并产生了大量放射性碎片，加拿大政府向苏联索要了超过600万加元的清理费用，而苏联最终仅支付了300万加元的赔款。

为了防止人造天体失控再入大气后砸中地面的人员或设施，现代航天工作者更倾向于使人造天体在受控状态下再入。在人造天体寿命即将到期、燃料即将耗尽之前，提前让它的发动机反向工作，使人造天体迅速减速，轨道迅速降低，这样能够比较准确地人工调控它的再入时间与位置。一般而言，往往会选择在广阔的大洋上空再入。

1979年7月11日，美国第一个环绕地球的空间站——重达80吨的天空实验室再入大气层，这个庞然大物的再入牵动着地面上无数人的心。最终，它顺利于印度洋上空再入，只有少量残骸坠落在澳大利亚西部的一个小镇里，小镇以“乱扔垃圾”为名向美国国家航空航天局（NASA）开具了一张400美元的罚单。2001年3月23日，地面工作人员操控進步M1-5飞船多次反推，俄罗斯和平号空间站轨道被人为降低，有着15年辉煌历史的和平号空间站于斐济上空再入，少量残骸坠入南太平洋的指定海域中。

载人飞船、科研返回式卫星等再入时，需要保证航天员、科研载荷的安全。这就需要航天器表面覆盖特殊的隔热涂层，同时航天器的外形也要经过特殊的气动设计。

苏联早期的再入返回舱多是球形的，球形返回舱再入时会不停翻滚，表面像“烧烤”一样均匀受热，一定程度上降低了隔热涂层所需的技术难度。苏联的东方号载人飞船、探测火星和金星的着陆器均为球形。不过虽然隔热涂层所需的技术难度降低了，但球形的返回舱再入时无法精准调整姿态，完全以类似抛物线的轨道下落，导致其着陆点难以预测与调整。执行世界上首次载人飞行任务时，航天员加加林的着陆点偏离了预定着陆点400千米，导致着陆点附近的两位农民误以为他是美国空降来的间谍。

随着航天技术的发展，人类在隔热涂层技术和飞行姿态控制等领域取得了长足的进步，锥形的再入返回舱逐渐兴起。与球形返回舱相比，锥形结构的返回舱不会混乱地滚转，有更高的稳定性与安全性，同时可以通过调节锥底与大气层的夹角来控制再入时的飞行轨迹，对落地点进行精确调控。阿波罗登月飞船返回舱、联盟号飞船返回舱、神舟系列载人飞船返回舱等均采用了相似的锥形结构。前往拥有大气层的地外星体的探测器的着陆器也多被设计为锥形，比如祝融号、好奇号与毅力号火星车着陆器、着陆在土卫六上的惠更斯号探测器等等。

此外，航天飞机这类结构较为复杂的航天器再入时的情况又会特殊一些。航天飞机的底部铺满了黑色隔热瓦，以对抗再入时上千摄氏度的高温等离子体烈焰。然而2003年2月1日，在执行第28次任务重返大气层时，哥伦比亚号航天飞机突然失联，最终在美国得克萨斯州上空爆炸解体，机上7名航天员全数罹难。这起悲剧发生的原因就是发射时燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中了航天飞机左翼前端的隔热材料，导致再入返回时高温气体冲入机身内部。

在人类探索宇宙的历程中，“再入返回”从完全不受控到逐渐可控，甚至现在已经成为一种处理太空垃圾的有效办法。但不可否认的是，再入阶段却仍旧是载人航天过程中危险系数最高的阶段之一。幸运的是，如今的人类已经可以合理利用再入、驾驭再入，向着无穷的“星辰大海”深入探索了。