而涉及到再入技術(shù)，人類還有另外一個重要的用途那就是載人航天返回。

載人航天返回和導彈彈頭再入的最大的兩個區(qū)別是：

01

導彈可以無懼超高加速度

人類不行——

人類最多只能承受

大約10倍重力加速度的減速過程；

02

導彈需要高速高精度墜落在預(yù)定位置

載人航天返回可以接受緩慢降落。

相同之處在于，兩者都需要對付發(fā)熱問題。

既然人類不能承受太高的加速度，所以顯然載人返回的再入軌跡就可以設(shè)計得盡可能淺，讓返回載具在這個過程中充分減速，這樣可行嗎？實際上并非如此。

為了洲際導彈道導彈彈頭的再入，科學家找到了“燒蝕”技術(shù)作為突破口，讓與大氣摩擦產(chǎn)生的熱量留在空氣和一部分隨時間剝離的外殼材料里，防止它傳導到彈頭內(nèi)部。同時這些材料本身導熱能力很差，可以盡可能隔絕高溫區(qū)域的發(fā)熱。

彈頭可以承受超高的加速度，所以它的再入過程也很短暫，可能燒蝕材料只需要堅持幾分鐘。但是如果是載人再入，載入時間可能長達幾十分鐘，這個過程中燒蝕材料和返回載具的殼體也并非完全不導熱。

隨著時間的流逝，飛船的總體溫度會持續(xù)上升，并且它沒有其他散熱的手段，對于返回艙來說情況是十分不妙的。

如果一個人遭遇了一場爆炸，他躲在一口裝滿水的大鍋中可以幸免于難。

但是如果將同樣的燃料在鍋下面燃燒，可能沒多久這個人就要被煮熟了。同樣的道理也可以放在再入航天器身上。

因此如果設(shè)計一個返回艙，首先需要一個淺彈道；但又不至于太淺，航天員需要承受的加速度大約在5-10G。

同時，此前我們提到，鈍頭的載具末端會形成一層激波保護層，再配合燒蝕材料的表面，就可以抵御發(fā)熱。這也就是我們熟悉的燒蝕表面鐘形返回艙的設(shè)計。

為了盡可能縮短再入時間，加速度就不可避免地比較大，因此這種載入方式也對航天員的身體素質(zhì)提出了要求。

那么有可能走另一個極端，讓這個軌道淺到一定程度呢？只要載具下降得足夠慢，它的機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的速率就會足夠慢，這個過程中它可以充分散熱。

這種載具，它身上沒有傳統(tǒng)機翼的結(jié)構(gòu)卻可以產(chǎn)生升力，是產(chǎn)生升力(lift)的機身(body)，所以這種結(jié)構(gòu)就被稱為升力體(lifting body)。

升力體和傳統(tǒng)飛機的區(qū)別在于，飛機需要從零克服阻力并加速到可以產(chǎn)生讓自己起飛的升力，而升力體再入載具則需要從近地軌道的速度，也就是7.9千米每秒的量級逐漸減速到可以自己降落在跑道上的速度，并在這個過程中產(chǎn)生足夠的升力防止下降太快。機翼在這個過程中會產(chǎn)生過大的阻力。

升力體結(jié)構(gòu)可以讓航天員在再入過程中舒適一些。但是因為它載荷艙首先是細長條，其次是它需要額外的翼形氣動結(jié)構(gòu)，再次它需要額外的散熱系統(tǒng)。這些直接導致它能承載的人員或載荷少了很多，可以說它是載人航天返回的頭等艙。

總結(jié)一下，如果我們要設(shè)計一個載人再入的載具，它的軌道必然比彈道導彈淺得多，因為人能承受的加速度十分有限；而針對發(fā)熱，要么縮短流程減少熱傳導，要么增大升力降低發(fā)熱的功率。目前來看，返回艙再入的時間大約是15分鐘，最大加速度可達6G以上，而航天飛機則為30分鐘，最大加速度大約3G。

這部動畫教材制作的60年代，美國空軍已經(jīng)研究又放棄了“動力翱翔”計劃，這個計劃也被認為是后世航天飛機的雛形。相關(guān)的研究成果也應(yīng)用在了之后的航天飛機上。

如今的星艦的上面級、追夢者新型航天飛機，都屬于升力體構(gòu)型。我國也研制了“昊龍”無人再入返回器。

可以說，現(xiàn)在是“航天飛機”復興的時代。可重復利用的，低烈度的再入載具，或者說“航天飛機”類似物，一直是人類探索宇宙不能忽略的重要課題。

作者/梁睿祺

編輯/云苓

審核/老虎

訂購

風上風云｜云端故事

希望您閱讀后可以順手點亮“贊”在看”！