#頭條創作挑戰賽#
美國獵戶座飛船返回地球,在這個過程中飛船的隔熱層出瞭大問題,不僅隔熱瓦被拋掉,就連裡面的螺栓都被融化,露出瞭飛船的內部結構。
飛船隔熱層如此重要,為何航天技術成熟的美國航天局卻還會出現這種錯誤?
航天器返回地面為什麼會被燒黑?
航天器從外太空返回地面被燃燒,這是難以逃避的現實問題。
在地心引力的作用下,航天器會墜向地面,這是一個不斷加速的過程,而這個過程中,航天器也不是毫無阻礙地掉下來,而是從原來的真空狀態,慢慢進入到大氣外層,這時就已經有些阻力瞭,但是再往下阻力還會越來越大,與此同時航天器的速度也非常快,會和大氣層產生劇烈的摩擦。摩擦過程會釋放大量的熱量,當熱量產生的溫度足以燃燒航天器表面材料時,自然就燃燒起來。
這艘獵戶座飛船,參與瞭阿爾忒彌斯1號的繞月任務,任務完成之後就從月球返回地球。據當時的返回畫面來看,獵戶座飛船到達地球之後速度極快,已經接近每秒11.2公裡,也就是第二宇宙速度。這個速度如果是從地面起飛,那甚至可以逃出地心引力。但現在它是砸向地面,在這樣的速度之下,飛船和大氣層摩擦產生的溫度達到瞭驚人的2760攝氏度。這個溫度已經相當於太陽表面一半的溫度瞭。
在這樣的溫度之下,飛船全身被燒的通紅,尾部拖出長長的火焰,甚至還不斷有火花冒出來。
在這個過程中沒人知道飛船到底發生瞭什麼,但是當飛船落到地面之後,驚呆瞭工程師,隔熱板脫離,內部結構裸露,內部電電力系統出現異常,如果這裡面還坐著宇航員,那該是一件多麼危險的事。
同樣是從月球返回中國的嫦娥五號就表現得不一樣瞭。嫦娥五號進入大氣層外層之後,並沒有直接降落,而是在大氣層外面用“打水漂”的方式進行瞭減速。雖然嫦娥五號剛到地球的時候,速度也是接近第二宇宙速度,在第一次下降和大氣層接觸的時候,表面溫度也是達到瞭驚人的3000攝氏度,不過後面反彈再進入大氣的時候,溫度也就降瞭下來,最後再安全地落到地面。
所以當嫦娥五號回到地面之後,雖然渾身被燒的黑不溜秋,但是內部結構並沒有受到影響,至少沒有獵戶座飛船那樣嚴重。
也許有人會認為,獵戶座之所以會遭受這麼大的重創,是因為它沒有像嫦娥五號那樣進行減速。但現實是,他們也減速瞭,而且也同樣是用打水漂的方式減速。這樣的話其實和嫦娥五號進入大氣層的速度也就一樣瞭。而在一樣的速度之下還會被燒的這麼嚴重,隻能說明是隔熱材料的問題。
中美航天隔熱材料有何不同?
飛船穿越大氣層劇烈燃燒幾乎是不避免的,就算是金屬材料也能被燒化。所以“隔熱材料”並不是不會燃燒,而是可以把熱量帶出去,提前為飛船承受傷害而已。
有很多人經常吹噓美國航天飛船的隔熱材料有多麼先進,但其實人傢也是利用瞭這種原理,同樣是以消耗隔熱材料為代價,保護飛船船體不受傷害。
這艘獵戶座飛船采用的隔熱材料是用一種名為“AVOCAT”的燒蝕材料制成的瓷磚,這些瓷磚被安裝在飛船底部,返回穿越大氣層過程中全程和大氣接觸並產生劇烈摩擦,理論上可以承受3000攝氏度的高溫。值得一提的是,獵戶座飛船使用的這種隔熱材料,早在“阿波羅”計劃時期就已經在用著瞭,沒想到這麼多年之後還在繼續使用。
按照美國航天局官方的解釋,這些隔熱材料在穿越大氣層時,並沒有按照他們預想的那樣融化,而是變成瞭大塊的脫落,使得飛船隔熱層整體的隔熱能力大大減弱,所以內部結構直接與高溫接觸,才會出現這麼嚴重的後果。
和美國不同,中國的嫦娥五號采用的C-Si-O蜂窩增強低密度燒蝕防熱材料。這種材料的密度約為0.5克/m³,可以承受3000攝氏度的高溫。雖然承受溫度都是3000度,但是中國的隔熱材料可比美國的先進多瞭。美國使用的這種材料,制造周期特別長,需要6個月才能制造出來,但是中國的這種材料隻需要8個小時就能完成制造。
除此之外,嫦娥五號的隔熱材料鋪設也不是一成不變,要根據航天器不同的部位的受熱情況進行分配,也就是我們常說的“量體裁衣”。
比如底部受熱面積最大,並且承受溫度最高,所以就大面積采用瞭新型輕質蜂窩增強低密度燒蝕防熱材料,而拐角處則是采用連續纖維增強中低密度結構材料,側壁則是采用超輕質蜂窩增強防熱材料。當然,這些羅列出來的隻是一部分,據說嫦娥五號所有的防熱層總的采用瞭7種不同的材料制成,所以效果好也是理所應當的。
說到飛船的隔熱問題,就不得不說一下印度的飛船。前段時間網上有人說,印度的返回艙沒有出現被燒焦的痕跡,而中國和美國的都被燒焦瞭,是不是印度的隔熱材料要比中國和美國還要先進?
網友說的這個印度返回艙,是2023年印度載人航天實驗的返回艙。作為載人實驗,艙內並沒有宇航員乘坐,隻是一個空殼子。當返回艙落地的時候,表面還是保持光鮮亮麗,油漆都好像是剛剛刷過一樣。
但是要註意,從航天器穿越大氣層會燃燒,這是避免不瞭的,就算是隕石掉下來,也要被燒著,更何況是人造物。按照印度空間研究組織官網的公開信息表明,這次任務火箭升空的高度為17千米,到達目標高度之後逃逸塔分離,乘員艙也脫離火箭返回地面,在乘員艙脫離沒多久,降落傘就已經打開瞭,全程都在進行減速,最後落到孟加拉灣。
可是要知道,航天器和大氣摩擦燃燒的高度一般都是在距離地面120多公裡到80多公裡這個高度,也就是說印度的這次任務都沒出大氣層,自然就不會和大氣產生劇烈摩擦。
不過印度這番操作雖然看似搞笑,但放眼全世界,也沒幾個國傢能有這種水平,就連日本也做不到,所以還是值得尊重的。
由此可見,如今就連印度都在航天領域飛速發展,可是美國這樣最早研究航天的國傢,現在卻這麼頻繁掉鏈子,不禁讓人好奇,這是為什麼?他們曾經還打算趕在中國面前,在2025年實現載人登月,現在還能實現嗎?
美國還能趕上中國的速度嗎?
美國獵戶座飛船這次暴露的問題,雖然隻是隔熱材料的問題,但其實背後是美國航天的一系列問題。其實和阿波羅飛船相比,獵戶座飛船要更加先進和更加強大,按理來說不會出現這種情況才對。
但是令人沒想到的是,在飛船發射之後,美國宇航局還在研究著飛船的隔熱罩的性能,說明他們也是知道飛船是有問題的,但就是還沒找到,然後就這麼明目張膽把問題帶到瞭天上。
美國重返月球的計劃分為阿爾忒彌斯1號、阿爾忒彌斯2號和阿爾忒彌斯3號,從無人繞月,到載人繞月,再到載人登月,每個步驟都是環環相扣,相輔相成。僅是第一步就出現這麼大的紕漏,還敢嘗試第二步?但凡美國宇航局對宇航員的生命安全負責,阿爾忒彌斯2號計劃都應該先叫停,專心把獵戶座飛船的問題解決再重新驗證。
另外,美國宇航局的重返月球的任務並不隻是落在宇航局的頭上,他們把這個大計劃分成多個小模塊,分別派送給歐盟、日本、SpaceX公司來完成,歐盟和日本的挑戰還算比較小,SpaceX公司要負責地球到月球的運輸火箭研制,雖說背後有宇航局的資金支持,但是就按照馬斯克那種“放煙花”的模式,再多錢也不夠砸,而且反復受挫,很有可能連登月計劃都要受到影響。
按照美國的計劃,他們要在2022年底完成無人繞月,2024年完成載人繞月,最後在2025年完成載人登月。每一個步驟都看得出來在和中國搶時間,但是每次都被中國趕超,如今看來,可能他們的計劃又要推遲瞭。
目前,中國載人登月計劃的時間是在2030年,而美國計劃的是在2025年。還記得當中美公佈未來的載人登月時間的時候,很多人都鼓吹美國航天有多麼厲害,中國航天有多麼落後,但是現在再看,就能看出到底哪個國傢才是真正的有實力。
中國航天的每個計劃,都是認真考慮瞭現實情況而定,固然能夠率先登上月球確實有面子,但是我們也不能為瞭面子而做一些豆腐渣工程。中國航天起步晚,確實想要趕超美國,但是我們也能腳踏實地,一步一個腳印,要保證每一步都能紮紮實實踩下去,讓每一次努力都不白費。