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美國阿爾忒彌斯2號的獵戶座飛船最終還是挺過了最危險的返回階段,帶著4名奔月宇航員安全回到地球上。很多人懸著的心終于可以放下了,因為阿爾忒彌斯2號其實是帶著隔熱隱患再入大氣層的。
在2022年阿爾忒彌斯1號的獵戶座飛船無人返回后,美國宇航局(NASA)工程師發現飛船底部隔熱罩出現不該有的裂紋和破洞。而阿爾忒彌斯2號的獵戶座飛船也是采用完全相同的隔熱罩,這不禁引發一些人擔心,飛船能否再次安全返回地球。
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阿爾忒彌斯2號確實安全返回了,但根據現場拍攝到的照片來看,獵戶座飛船底部有一塊很大的白色區域,疑似隔熱罩上的材料出現大塊脫落。那么,這究竟是怎么回事呢?獵戶座飛船真的沒事嗎?
一、最可怕的不是快,而是熱
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獵戶座飛船從月球飛來,在地球引力加速下,速度變得越來越快,直至最后在122公里高的地方開始再入地球大氣層時,飛船的速度達到了最快的每小時3.97萬公里。飛船以如此快的速度進入大氣層,就會強烈壓縮空氣,從而制造出的極端熱環境。
幾秒鐘內,飛船就會被超高溫等離子體包圍。在剛進入大氣層時,飛船周圍的溫度很快就會飆升至1650℃。隨著空氣被進一步壓縮,將會導致飛船飛行前方的最高溫度可以高達大約2750℃。
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為了對抗這種極端高溫,飛船底部的隔熱罩覆蓋了特殊的燒蝕材料,它們在高溫環境下,會逐步炭化、分解、剝蝕,把熱量一點點帶走。這樣才能在飛船外面熱得接近太陽表面溫度一半時,艙內卻還能維持在二十多度的舒適范圍,確保宇航員的安全。
二、NASA改變返回方式,應對隔熱罩隱患
當年在阿爾忒彌斯1號飛完之后,NASA確認隔熱罩出現了非預期的炭化層開裂和局部脫落。后續調查給出的根因是,飛船從月球返回時采用了跳躍式再入,熱盾內部在燒蝕過程中產生的氣體沒有按預期順利排出,結果在材料內部積聚壓力,最終把部分炭化層頂裂、頂掉。
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不過,NASA并沒有說阿爾忒彌斯1號“差點燒穿”,反而明確表示,就算當時艙里坐著人,他們依然會是安全的,因為艙內溫度始終穩定在20多度,隔熱罩總體熱防護能力仍然高于安全底線。
但真正麻煩的地方在于,隔熱罩表面的損傷方式偏離了模型預期。對載人飛船來說,最怕的不是發現問題,而是問題來得不符合預想。也正因為如此,阿爾忒彌斯2號返航之前,隔熱罩問題也著實引發擔憂。
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盡管有隱患,但考慮到任務進度,NASA也沒有更換阿爾忒彌斯2號的隔熱罩,而是選擇改變飛船返回方式。NASA這次采取的是抬升式返回剖面,它不同于阿爾忒彌斯1號那種更典型的跳躍式再入,其核心目標就是縮短返回時間,盡量減少隔熱罩內部再次出現異常壓力積聚的機會,讓燒蝕材料在更可控的熱環境里工作。
從結果看,這一招至少在飛行層面是成功的。阿爾忒彌斯2號從每秒11公里的超高速度一路減速,先后完成黑障穿越、減速傘展開、主傘展開,最后安全濺落海面。整個過程沒有出現失控,沒有出現姿態災難,也沒有出現最讓人擔心的熱防護失守。
三、那塊異常白色區域究竟是什么?隔熱罩又出問題了嗎?
從NASA公布的飛船著陸照片來看,飛船底部那塊大面積淺色區域顯得格外不同。它明顯比周邊更白、更亮,看上去像是有一部分表層材料被燒掉之后,露出了底部東西。所以外界第一反應會是,隔熱罩是不是又出問題了。
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但只憑這一張遠距離俯拍圖,還不能直接得出“隔熱罩材料大面積脫落”這樣的結論。從畫面看,那塊白色區域更接近隔熱罩邊緣與側壁過渡的位置,而不像整個迎風停滯點最中心的高熱核心區。
結合NASA公開的結構資料,推測這里至少存在幾種可能。第一種是邊緣過渡區在燒蝕后呈現出了更淺的顏色;第二種是局部表層確實比預期燒蝕得更重,但還遠不能直接等同于嚴重失效。這個判斷是基于照片和公開結構圖做出的推測,不是NASA已經公布的最終結論。
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還有一個細節不能忽略,NASA公開介紹過,飛船隔熱罩在裝配完成后,本身就會噴涂白色環氧層,并施加鋁化膠帶來控制表面電荷和溫度。這種外層處理在飛船再入大氣層時可能會經歷復雜變化,也有可能導致出現異常白色區域。
最終的結論,還有待NASA后續深入檢查之后才能確認。對于隔熱罩隱患,NASA已經明確表示會在后續任務繼續改進隔熱罩材料與制造方案。
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