全世界苦研80年，被中国一朝突破！颠覆性技术的背后是谁做到的？

AI科技 2025年08月21日 22:47 2 aa

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“发现目标，跟踪正常！”

2023年6月，随着神舟十五号载人飞船进入黑障区，负责跟踪其返航全程的北京飞行控制中心传出了这铿锵有力的八个字。

别看这似乎只是一句正常的情况报告，但正是这言简意赅的八个字，宣告着我国突破了载人飞船进入黑障区后的跟踪难题，要知道该难题已困扰人类近百年。

那么过往让航天人紧张不已的“黑障”究竟是什么？

我国又因何能率先破解这项困扰全球航天人80余年的技术难题呢？

世界难题

人类探索宇宙伊始，“黑障”难题就如影随形地困扰着全球航天人，美国、苏联等传统航天强国的载人飞船都曾在黑障区遭受过惨痛损失。

而所谓的“黑障”，其实就是当卫星、载人飞船等飞行器重新穿过大气层返回地球时，会遭遇的与地面通信中断甚至完全失联的现象。

究其原理，无外乎此类飞行器运行速度极高，所以其穿过大气层时周围温度会急剧升高，进而导致外界气体和飞行器表面材料发生分解和电离。

对人类肉眼来讲，这不过是微观粒子世界里难以被察觉的碰撞，但因此形成的环绕着飞行器的“等离子鞘套”，却具有尤为强大的吸收和反射电磁波的能力。

偏偏以当前的技术，航天器与地面保持联系依靠的正是电磁波。

在这样的情况下，一旦载人飞船被裹入“等离子鞘套”，电磁波将无法正常维系飞行器与地面的联系。

如此一来，地面不能及时掌握载人飞船的运行状况，宇航员在飞船中遭逢意外时亦无法寻求地面的帮助。

换言之，载人飞船重返大气层时总有那么几分钟因被“等离子鞘套”包裹而无法与地面取得联系，仿若在茫茫黑暗中踽踽独行。

此时一旦遭遇危险或意外状况，就只能依靠无法及时察觉舱外状况的宇航员随机应变，稍有不慎就可能发生重大事故。

可以说载人飞船、航天飞机等所有返回式的航天飞行器从太空返回地球时，最危险的时刻正是穿越“黑障区”的那几分钟。

美国的阿波罗13号飞船故障、苏联的联盟11号飞船失压以及美国的哥伦比亚号航天飞机解体等重大事故，均发生于飞行器重返大气层之时。

为降低航天事故率、更好地保障宇航员的生命安全，从20世纪50年代开始，各国科学家想尽了办法应对黑障区中航天飞行器的失联难题。

从优化航天器的设计方案和表面材料，到改进通信方法和联络设备都被试了个遍，但始终未能取得颠覆性进展。

直到2023年6月，我国在黑障区实现了对神舟十五号载人飞船的轨迹追踪，该难题才终于迎来了万众瞩目的新突破，这是怎么回事呢？

技术突破

近百年来，全球苦研“黑障”难题，如今中国率先实现技术突破，这背后蕴含着多少航天人的努力？

神舟十五号载人飞船重返地球前，曾有一个直径7米、长3米、重达90吨的庞然大物被从浙江运到了陕西。

为保证运输过程的安全平稳，沿途甚至直接拆掉了3个高速收费站。

值得如此大动干戈进行跨省运输的，正是我国多所科研院校的专家耗费无数心血研制出的探索黑障区的法宝——“临近空间高速目标等离子体电磁科学实验装置”。

虽然这个装置的名称尤为复杂，但简单来说其作用就是能够在地面上复现固定频段的黑障现象，为后续有关研究真实地模拟了飞行器穿越黑障区时的情形。

如此一来，无需大费周章地向太空发射再召回真实飞行器，就能得到可靠的实验环境。

于有关研究而言，这不仅能节省经费，更能提高效率。

得益于该装置落成后可以平稳运行，专攻黑障难题的科研人员才能借助其模拟出的环境，反复推演、测算飞行器在黑障区时发出的信号和可能遭遇的意外。

也正因如此，多所科研机构的航天科学家才能在“神十五”返回地球前，反复对其在黑障区的跟踪方案进行优化。

最终在酒泉、敦煌、西安等多地卫星发射中心的精心设计下，通过雷达监测和光学跟踪双管齐下，我国成功在黑障区实现了对神州十五号返回舱的全程追踪。

这意味着经过不懈努力，我国终于在黑障区的飞行器轨迹追踪与通信方面取得了重大突破。

值得注意的是，我国之所以能领先世界一步取得这样的成就，离不开以包为民院士为首的、专攻黑障难题的科学家们做出的卓越贡献。

事实上早在2016年，包为民院士就已经带领团队开展，有关如何在地面模拟黑障区环境的研究了。

有碍于此前国内并无同类型的实验设备，所以此项研究只能从零开始。

然而秉持着“明知山有虎，偏向虎山行”的决心，在立项之初，包为民院士率领的项目组就做好了要攻坚克难的准备。

此后几年里，项目组的专家学者们以深入研究有关黑障区的现有资料为基础，通过大量测算逐步确定了新装置需具备的性能，进而逐步让设计构想变成了现实。

时至今日，项目组的骨干成员提起该装置第一次成功点火时，仍旧止不住地喜上眉梢。

毕竟为了那一刻的成功，国家寄予了怎样的厚望、整个项目组又付出了多少心血，恐怕只有亲历者才能说得清。

那么以包为民院士为代表的科学家们如此大费周章地破解黑障区通信难题，除了功在当代航天事业以外，还能给国家和人民带来怎样的价值呢？

利在千秋

困扰世界80年的难题，一朝被中国航天人突破，如此重大的技术突破对国家来说意味着什么呢？

首先，促使各航天大国苦研黑障难题近百年的直接动力是降低航天事故率。

因此突破此项难题后，最直观的收获就是国家能更好地保障投入巨大的航天器和苦心培养的宇航员既能顺利抵达太空执行任务，又能平安地返回地球。

其次，在执行任务时会被黑障困扰的并非只有载人飞船、返回式卫星等航天器，像洲际导弹这样远射程、高速度的武器同样会在飞行过程中遭遇黑障。

因此我国在黑障通信方面取得的突破，不仅能为航天器和宇航员保驾护航，更蕴含着巨大的军事价值。

不仅如此，“科学技术是第一生产力”已经成为了当世各国的共识。基于此，任何尖端科技方面的突破，都有可能转化为推动国家发展和经济增长的动力。

更重要的是，黑障区通信技术是全球航天人努力近百年都未能破解的难题，如今却被后来居上的中国率先勘破，这对中国在国际科技竞争中抢占高地意义非凡。

毕竟自打1957年10月苏联成功发射全球首颗人造卫星以来，人类就正式进入了太空时代，此后世界各强国争先恐后地展开了对宇宙的探索。

特别是引领冷战的美国和苏联，此后数十年间在太空领域开启了多轮交锋。

说到底于人类而言，广袤太空无疑是蕴藏着未知资源与重大战略价值的“新大陆”。

那么在这块未经开发的“新大陆”上，谁能率先在航天科技方面取得突破，谁就能在太空时代获得先手优势。

从这个角度来说，作为后起之秀的中国能先一步在黑障区通信难题上取得突破，就意味着中国在该领域抢占了先机。

随之而来的自然是，中国在尖端科技领域厚积薄发的实力得到了进一步的证实，这样的实力与认知能让中国更自信、更稳健地走向世界前列。

归根到底，科技突破离不开科学家们夜以继日的攻坚克难，也正是得益于一代代中国科学家们的接续奋斗，才造就了逐步从山河破碎走向繁荣昌盛的新中国。

参考文献：

飞船返回地面前必经的“黑障区”是什么，中国青年网，2022-04-16

“发现目标”！这个“大难题”已被中国攻克，光明网，2023-11-01

十年磨一剑 “黑障”破天光——记国家重大科研仪器研制项目“临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置”，中国科学报、国家自然科学基金委员会，2023年03月28日

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