美探月飛船迎來兇險返程：缺陷隔熱罩引發擔憂，災難概率5%？

飛船將經受高溫考驗

鳳凰網科技訊 北京時間4月10日，據《紐約時報》報道，在成功完成繞月飛行后，“阿爾忒彌斯二號”任務的宇航員們如今只能依賴一塊存在缺陷的隔熱罩，在重返地球大氣層時保護他們的安全。這可能是整個任務中最危險的階段。

就連美國宇航局(NASA)也承認，“阿爾忒彌斯二號”任務的隔熱罩存在缺陷。

隔熱罩是飛船底部的關鍵防護層，用于在返回地球大氣層時抵御極高溫度，保護航天器本身以及艙內宇航員。如果隔熱罩失效，下方的金屬結構可能會熔化、破裂并解體。

而且，它沒有備用方案，宇航員也沒有任何逃生途徑。

然而，NASA官員仍然表示，盡管已知隔熱罩存在缺陷，“阿爾忒彌斯二號”任務的四名宇航員在周五晚間以接近每小時2.4萬英里(約合3.86萬公里)的速度返回地球時，仍將能夠安全、狀態良好地抵達地面，從而完成為期10天的繞月往返任務。

NASA局長賈里德·艾薩克曼(Jared Isaacman)在1月份接受采訪時表示，對隔熱罩材料的廣泛分析和測試“讓我們確信我們有充足的安全余量來執行這次任務”。

災難概率5%？

然而，NASA前宇航員、隔熱罩專家查理·卡馬爾達(Charlie Camarda)表示，NASA根本就不應該發射執行“阿爾忒彌斯二號”任務。

他指出，NASA對隔熱罩可能失效的概率認識不足。雖然這次任務目前進展順利，但仍可能以宇航員死亡告終。

“我會祈禱平安無事。”他在“阿爾忒彌斯二號”發射前幾天接受采訪時表示。

卡馬爾達判斷，宇航員安全返回的概率約為95%，但這也意味著災難發生的概率為1/20。相比之下，國際航空運輸協會計算的商業航空事故死亡概率約為900萬分之一。

技術人員正在檢查“阿爾忒彌斯二號”任務的隔熱罩

他與NASA分歧的核心在于：當無法獲得一個確定、完美的答案時，到底需要多少程度的確定性。

在2022年NASA執行的“阿爾忒彌斯一號”無人繞月任務期間，名為“獵戶座”的飛船在重返大氣層后幸存下來。如果當時艙內有宇航員，他們也不會察覺到任何異常。

但是，當飛船從海洋中被撈起時，隔熱罩(與阿爾忒彌斯二號飛船上的設計相同)布滿了坑洞，并出現了較大塊的材料缺失。

隨后，NASA進行了長達幾年的調查。NASA官員表示，他們的分析評估了在最壞情況下可能發生的情況。他們稱，這些分析結果，加上對阿爾忒彌斯二號宇航員返回地球時再入路徑的調整，為任務提供了充足的安全余量。

“阿爾忒彌斯二號”任務的機組人員清楚這次飛行的風險以及NASA如何應對這些風險。“阿爾忒彌斯二號”指令長里德·懷斯曼(Reid Wiseman)在去年9月表示：“我們實際上參與了飛船建造的每一個環節，從始至終都在現場。”

然而，卡馬爾達博士則反駁說，NASA仍然未能理解“阿爾忒彌斯一號”任務期間所發生情況的基本物理原理，因此無法真正說明最壞情況可能是什么。

NASA官員一直在淡化隔熱罩的相關擔憂。在2024年1月的一次新聞發布會上，現任NASA副局長阿米特·克沙特里亞(Amit Kshatriya)表示，“阿爾忒彌斯一號”的隔熱罩出現了“我們需要確保完全理解的意外現象”。但他同時表示，從熱防護角度來看，其表現“非常良好”。

缺陷原因

“阿爾忒彌斯一號”隔熱罩的照片一直未向公眾公開，直到2024年5月出現在NASA監察長(一個獨立監督機構)的一份報告中。

隔熱罩由一種名為Avcoat的材料制成，與50多年前阿波羅計劃期間使用的材料類似。按照它的設計原理，當它吸收重返大氣層時的熱量時，會逐漸碳化并燒蝕掉，從而阻止熱量傳遞到飛船的其余部分。

但是在對“阿爾忒彌斯一號”隔熱罩調查時，工程師們得出結論：在隔熱罩的某些部分內部，氣體積聚，使得壓力產生裂縫，導致大塊Avcoat材料突然脫落，而不是像設計預期地那樣平穩、緩慢地燒蝕。

“阿爾忒彌斯一號”隔熱罩受損

對于未來任務，NASA已修改了Avcoat的配方，使其更具多孔性，以便讓內部困住的氣體能夠排出。

然而，“阿爾忒彌斯二號”任務卻仍使用原始配方，因為使用原始配方的隔熱罩已經制造完成并安裝到了“獵戶座”飛船上，更換隔熱罩或整個飛船將使發射計劃進一步推遲。

折衷辦法

因此，NASA工程師們想出了一個辦法：采用更陡峭、更短的再入大氣層軌跡，將最大限度地縮短飛船承受高溫的時間，并有助于確保宇航員的安全。

丹·拉斯基(Dan Rasky)是一位隔熱罩工程師，去年12月從NASA退休，他與卡馬爾達博士一樣，反對NASA的這一決定。

“我來打個比方，”他說，“如果你在高速公路上開車，輪胎開始一塊一塊地脫落，你是繼續開下去，祈禱沒事？還是因為擔心爆胎而靠邊停車換輪胎？”

“阿爾忒彌斯一號”隔熱罩材料脫落

他表示，不對隔熱罩做任何更換就直接執行“阿爾忒彌斯二號”任務的決定“并不明智”，“事實上，這是魯莽的”。

如果“阿爾忒彌斯二號”的隔熱罩表現得與“阿爾忒彌斯一號”所用的一樣好，宇航員們將順利濺落在太平洋上。

前車之鑒

但是，這種情況令人不安地讓人想起NASA歷史上最糟糕的兩天：1986年1月28日，“挑戰者號”航天飛機在升空73秒后解體。2003年2月1日，“哥倫比亞號”航天飛機在從軌道返回大氣層途中墜毀。

在這兩起事故中，航天飛機在此前的飛行中其實就出現過預警信號，但NASA管理層錯誤地將“此前任務順利完成”當作安全依據，從而產生了錯誤的安全感，而沒有以足夠的緊迫性去解決問題，最終導致宇航員遇難。

如今，“阿爾忒彌斯二號”及其存在缺陷的隔熱罩面臨的關鍵問題是：裂縫是否會以災難性的速度形成并擴展？

然而，精確計算這種可能性極其困難。要想模擬太空艙底部周圍空氣分子的高超音速流動，即使是最快的計算機也會感到吃力。對于隔熱罩而言，還必須考慮其他復雜現象：空氣分子壓縮產生的熱流，以及Avcoat材料中裂縫如何形成和擴展這一難以預測的過程，有時這種開裂是突然發生的。

“如果是我，我會選擇暫停任務，”卡馬爾達博士說，“我會組建一個團隊，建立真正的分析能力，將所有的基礎物理原理都納入其中。”

另一位前美國宇航局宇航員、具有材料特性專業知識的科學家丹尼·奧利瓦斯(Danny Olivas)表示，這并不是NASA已經做到的事情。

“卡馬爾達說得百分之百正確，”奧利瓦斯博士說，“我們還沒有一個基于物理原理的模型來解釋這個問題。由于這種材料的行為特性，這既不現實，也幾乎不可能做到。”

但奧利瓦斯博士表示，他最初也對帶著已知缺陷發射“阿爾忒彌斯二號”心存疑慮，但最終對NASA進行的分析感到安心。

與卡馬爾達不同，奧利瓦斯博士曾受NASA委托，對其調查進行獨立技術審查，并建議組建一個更大規模的外部專家小組，而NASA也采納了這一建議。

奧利瓦斯博士表示，NASA的模擬假設認為：如果某個Avcoat單元塊內部的溫度上升到一定水平，它就會開裂；而如果開裂，一層Avcoat材料就會從整個單元塊上脫落。這將形成一個空腔，其中的加熱會加速，然后另一層材料又會脫落。

奧利瓦斯博士稱，即使在這種“不樂觀”的假設下，針對多種再入情景進行的反復模擬發現，隔熱罩仍有足夠部分保持完好，飛船也將幸存下來。

另外一項分析考察了如果一整塊 Avcoat 材料脫落會發生什么情況。分析得出結論，隔熱罩下方由碳纖維和鈦制成的結構將在重返大氣層過程中保持乘員艙完好無損。

奧利瓦斯博士指出，NASA的工程師們非常配合。“我可以告訴你的是，每一次我和別人交談，他們腦海里都時刻想著哥倫比亞號，”他說，“他們很感激我推動他們，很感激我質疑他們，也很感激我迫使他們從根本上證明這件事。”

他還表示，自己試圖為那些可能因為害怕NASA領導層而不敢提出自己擔憂的異議者提供一個渠道聯系他，但他沒有收到任何人的反饋。

奧利瓦斯博士表示，這與他在哥倫比亞號失事后所遭遇的文化氛圍截然不同。

今年1月，NASA局長艾薩克曼邀請奧利瓦斯博士和卡馬爾達博士參加了一場為期一天的技術演示會。在會上，NASA工程師們解釋了使用存在缺陷的隔熱罩的理由。

但是，卡馬爾達博士并未被說服。“NASA根本沒有數據能證明這是安全的，”他說，“我意識到他們使用的仍然是同樣有缺陷的思維方式和粗糙的分析工具，與哥倫比亞號、挑戰者號時期類似。”

然而，對于奧利瓦斯博士來說，那次會議打消了他最后僅存的幾點顧慮。他給“阿爾忒彌斯二號”指令長懷斯曼發了一條短信，表示他相信NASA已經很好地降低了“阿爾忒彌斯二號”機組人員所面臨的風險。

“如果我不是真心這么認為，出于對他們或其家人的尊重，我也不會那樣告訴他們，”奧利瓦斯博士說，“我絕不會為了NASA的利益而草率放行。”(作者/簫雨)

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