长征 5B 搭载的充气式货物返回舱试验舱返回出现异常,网传「黑科技」烧毁,可能会带来什么影响?

据中国载人航天工程办公室消息,长征五号B运载火箭搭载进行首次试验验证的柔性充气式货物返回舱试验舱,6日在返回过程中出现异常,专家正在对相关数据进行分析…
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最近,美国NASA放出重磅消息,柔性返回舱(美方称为LOFTID)试验喜获成功,而我国2020年5月的类似实验,则在返回过程中发生异常,美国办成了我们没能实现的事,是我们落后了吗?先说结论:在柔性返回舱技术上尽管美国这次实验获得了成功,但是我们并没有落后,相反我们依旧遥遥领先,原因有二:

第一:我们迟了N年研究,率先获得成功。为了实现敏捷性、低成本的太空物资下行,早在2003年我国相关部门就对充气式载入飞行器柔性防护系统发展做出研究(《宇航材料工艺,2003年第6期》),航天科工二院于2014年创新地提出采用充气展开技术,研制出了柔性返回舱这一新型空间运输飞行器。

尽管美国从20世纪末,美国NASA就以大质量火星探测器着落任务为背景,进行了高速充气式(HIAD)的研究计划,验证了充气式再入气动减速技术。到了60年代,载人航天探索时代,美国曾有一个非常疯狂的设计,宇航员只要凭借手提箱大小的逃生装置就可以实现从太空降落。遗憾的是,这仅仅存在于想象中,且不说没有能耐受近3000度高温的柔性材料,更不要说返回过程中可能遇到的死亡翻滚。

在以后几十年里,各种柔性降落方案,都面对的都是地狱级别的难题,涉及到机构、材料等一系列难以攻克的课题。总结就是在中国实施首次低轨试验之前,美国、俄罗斯都没有做过这个高度的实质性试验,即便是亚轨道试验除了验证了展开试验,降落过程也以失败告终。

从这些过程可以看出,一个设想从设计到实施,往往需要几十年验证才有可能获得成功,背后拼的是人才和产业,更是持续不断的投入。

而我国主要面对的货运版本的充气式返回技术,从2014年展开研究到2020年实施近地轨道试验,说明中间的测试都获得了成功。2018年,业界就曾透露:“中国正在基于空间充气展开、柔性防热、复合材料等技术,开发具有低成本、高承载比特征的新型空间货物运输飞行器。在此基础上,后续将采用新式复合材料舱体和新型环控生保等技术,形成系列化产品,为空间货物下行运输,远距离物资投送、回收等任务提供支撑。”也就是说我们用6年时间走过别人几十年的路,这样算下来真可谓神速,这也就是我们的后发优势。

当折叠后直径为1米,高度为1.5米的装备,在太空展开为3米直径的空气热盾,用柔性材料去对抗2000度以上的高温,能够穿越大气层,这本身就是一种成功。第二,研究的用途不同。国外的相关研究基本都是为了火星降落而实施的,火星空气稀薄,需要的充气盾直径更大,载重更小,所以这次NASA试验的是直径6米的代号我哦“LOFTID”横切充气空气壳或隔热罩的技术演示,目标是适用于几百千克到2-3吨的无人着落器降落。

而我国于2020年5月实施的是基于返回舱这样的大型再入试验,虽然返回过程中出现了漂移,落点偏移比较大。但是也只是是意味着在陆地着落时姿态发生变化,没有实现“百步穿杨”,并不是烧毁或者是重大失败。这意味着我们还是完成了直径3米级充气式返回舱的展开、耐高温、降落试验,属于世界范围内低轨道试验的首次实施,这样的效果已经很好了。

“出现异常”只是意味着没有达到理想效果,虽然不能说是圆满成功,但是也不能判定为任务失败。而作为我国下一代返回舱技术,在这次试验中成功回收才是关键,意味着我们有了更好的技术实现高吨位级别的返回舱降落。

这次LOFTID再入大气层,从125公里高度完全膨胀展开,经历过黑障区之后,返回到距离夏威夷海岸800公里,檀香山以东的地方,与预计偏差12公里左右。随后,12名回收团队根据GPS坐标找到它,并且打捞上来。从外观看,基本完好。应该说,这是一项创举,完成了柔性返回技术的低轨道降落试验,其航电、展开、耐高温等等都经受了考验。

值得一提的是,LOFTID航空外壳的外层材料是由碳化硅陶瓷制成,经过多层堆叠,按照重量计算,其强度超过了钢的10倍。这意味着,NASA不但实现了材料的突破,也实现了降落姿态的基本控制。这可以算是美国研究50年的丰硕成果,但是也有瑕疵——落点并不精确,即便是在宽阔的海面上,也出现了较大偏差,与我们2020年的试验如出一辙。

降落成功的消息,让美国对火星降落的新方案充满了信心,但是还是面临着严峻的挑战。NASA团队在接受采访时表示,“每次我们操纵隔热罩时,都有可能损坏。在这个测试中,我们希望尽可能多地学习,因此我们将在恢复过程中获得尽可能多的视频和照片。”可见LOFTID也依旧有很长的路要走,比如降落的准确度,以及重复使用等等。而中国提前两年做出相关试验,其本身就具有更高的先进性。



实际上,作为一种补充降落办法,其探索意义在于降低成本,提高可靠性,每一次试验都有可能面临失败,但是并不意味着谁更先进,毕竟太空竞赛的时代已经过去。每个国家发展航空的最终目的是为了探索太空,带动国内产业发展,不再是你追我赶式的烧钱运动。



在笔者看来,充满想象力和挑战性的试验,即便是失败了,也值得尊敬和期待,毕竟科技背后就是无数个失败组成的。

发布于 2022-11-12 11:00・IP 属地安徽