本文最初发表于 The Conversation。
1961 年 7 月 21 日，美国宇航员 Gus Grissom 曾有大约 15 分钟感觉自己处于世界之巅——事实上他确实如此。
Grissom 驾驶了 “自由钟 7”号任务，这是一次弹道测试飞行，他乘坐火箭穿过大气层。在测试中，他坐在一个小舱内，飞到了超过 100 英里（约 160 公里）的最高点，然后溅落在大西洋中。
一艘海军舰艇“兰多夫”号从安全距离目睹了任务的成功结束。一切都按计划进行，卡纳维拉尔角的控制人员欢欣鼓舞，Grissom 知道他已经成为历史上第二位美国宇航员，进入了一个贵宾俱乐部。
Grissom 待在舱内，在平静的海浪中摇晃。在他等待直升机将他接到“兰多夫”号的干燥甲板上时，他完成了部分飞行数据的记录。但随后，事情发生了意想不到的转折。
航天器爆炸系统中的一个错误指令导致舱门弹出，海水涌入了狭小的空间。Grissom 还忘记关闭宇航服上的一个阀门，导致海水开始渗入他的宇航服，他在水中挣扎着保持漂浮。
在戏剧性地逃离航天器后，他拼命地想把头伸出水面，同时向直升机飞行员发出信号，表示出了问题。直升机在最后一刻成功救起了他。
Grissom 惊险的逃生仍然是历史上最惊心动魄的溅落事件之一。但溅落入水中仍然是宇航员返回地球最常见的方式之一。我是一名航空航天工程学教授，研究这些现象涉及的机制。幸运的是，大多数溅落事件并没有那么惊心动魄，至少在理论上是这样。
溅落解释
在能够安全着陆之前，返回地球的航天器需要减速。当航天器急速返回地球时，它拥有巨大的动能。与大气的摩擦会产生阻力，从而减慢航天器的速度。摩擦将航天器的动能转化为热能，即热量。
所有这些热量都会辐射到周围的空气中，导致空气变得非常非常热。由于再入速度可以达到音速的数倍，空气反作用于飞行器的推力会将飞行器周围变成约 2,700 华氏度（1,500 摄氏度）的灼热气流。对于SpaceX 巨大的星舰火箭而言，这种温度甚至会达到3,000 华氏度（近 1,700 摄氏度）。
不幸的是，无论这种能量转换有多快，在再入过程中仍然没有足够的时间让航天器减速到足以避免坠毁的安全速度。因此，工程师们采用了其他方法来在溅落过程中减慢航天器的速度。
降落伞是首选方案。NASA 通常使用鲜艳的颜色，例如橙色，以便于识别。它们也很大，直径超过 100 英尺（约 30 米），并且每个再入飞行器通常使用多个以获得最佳稳定性。
首次部署的降落伞称为减速伞，当航天器速度降至约 2,300 英尺/秒（700 米/秒）以下时弹出。
即便如此，火箭也不能撞击坚硬的表面。它需要降落在能够缓冲撞击的地方。研究人员很早就发现水是极好的减震器。因此，溅落应运而生。
为什么选择水？
水的粘度相对较低——也就是说，它在压力下变形很快——并且它的密度远低于坚硬的岩石。这两个特性使其非常适合着陆航天器。但水如此有效的原因是它覆盖了地球表面的 70%，因此从太空中坠落时碰到水的几率很高。
溅落背后的科学非常复杂，正如悠久的历史所证明的那样。
1961 年，美国进行了历史上首次载人溅落。它们使用了水星再入舱。
这些舱体呈大致圆锥形，底部朝下落入水中。宇航员在里面面向上方坐着。底部吸收了大部分热量，因此研究人员设计了一个隔热罩，当舱体穿过大气层时会蒸发掉。
随着舱体减速，摩擦力减小，空气温度降低，能够吸收航天器上的多余热量，从而对其进行冷却。当速度足够低时，降落伞就会部署。
溅落发生时的速度约为80 英尺/秒（24 米/秒）。这并非完全平稳的撞击，但足以让航天器撞击海洋并吸收撞击的冲击力，而不会损坏其结构、有效载荷或内部的任何宇航员。
在 1986 年“挑战者”号失事（航天飞机“挑战者”号在发射后不久解体）之后，工程师们开始将他们的航天器设计重点放在所谓的碰撞安全性现象上——即航天器撞击表面后的损坏程度。
现在，所有飞行器都需要证明它们在从太空返回后，能够在水上提供生存的机会。研究人员构建复杂的模型，然后通过实验室实验进行测试，以证明其结构足够坚固，能够满足这一要求。
展望未来
在 2021 年至 2024 年 6 月期间，SpaceX 的七艘龙飞船在从国际空间站返回时都完成了完美的溅落。
6 月 6 日，迄今为止最强大的火箭——SpaceX 的星舰——在印度洋进行了壮观的垂直溅落。它的火箭助推器在接近水面时持续喷射，在喷口周围形成了非凡的嘶嘶蒸汽云。
SpaceX 一直使用溅落来回收龙飞船，并且没有对它们的关键部件造成重大损坏，以便能够回收它们用于未来的任务。解锁这种可重复使用性将使私营公司能够节省数百万美元的基础设施成本并降低任务成本。
溅落仍然是最常见的航天器再入技术，随着越来越多的航天机构和私营公司进军太空，我们很可能会在未来看到更多这样的溅落发生。
