美国宇航局的目标是将四名宇航员送往月球周围,并让他们在月球表面的高温环境下安全返回地球。
在2022年的一次无人飞行测试中,猎户座飞船在返回地球的过程中遭遇了约5000华氏度(约2730摄氏度)的高温——大约是太阳温度的一半。
美国宇航局(NASA)即将进行一项堪比50多年前再次登月飞行的重返大气层任务:安全将宇航员送回地球。这项任务对NASA意义重大,这将是NASA首次将宇航员送上“猎户座”飞船。此次飞行还将测试飞船的隔热罩,该隔热罩旨在保护飞船上的宇航员。
航天器从轨道返回大气层始终是载人航天飞行中最危险的环节之一,因为这一过程会对航天器造成巨大的压力。2003年,美国宇航局的哥伦比亚号航天飞机在从近地轨道返回地球时解体,原因是发射过程中航天器机身出现破损。机上七名宇航员全部遇难。
猎户座飞船将从比近地轨道(近期所有载人航天飞行均在近地轨道进行)更远的轨道返回地球。这在某种程度上预示着它的速度和需要分散的能量都会更大,从而对隔热罩造成更大的压力。
在2022年的一次无人试飞中,猎户座飞船的隔热罩未能按预期工作。这引发了人们对未来任务中宇航员安全的担忧,促使NASA展开调查并解决事故原因。
美国宇航局(NASA)将于2月发射载有宇航员的猎户座飞船。四名宇航员将进行大约10天的绕月往返之旅:他们分别是NASA宇航员里德·怀斯曼、维克托·格洛弗和克里斯蒂娜·科赫,以及加拿大航天局宇航员杰里米·汉森。这项名为“阿尔忒弥斯2号”的任务是NASA旗舰探索计划“阿尔忒弥斯计划”的一部分。
当飞船首次重返地球大气层时,其速度约为每小时25,000英里,减速过程中将面临高达5,000摄氏度的高温。由洛克希德·马丁公司为NASA开发的猎户座飞船配备了一个直径近17英尺的防护罩。该防护罩安装在飞船底部,覆盖着一种名为“烧蚀”的材料,这样一种材料旨在通过可控燃烧的方式,在重返大气层过程中将热量从飞船上转移出去。
2022年,NASA执行了阿尔忒弥斯1号任务,发射了猎户座飞船。这是一次无人测试飞行,飞船往返于月球和地球之间。此次飞行的主要目标之一是测试隔热罩。
任务结束后,NASA发现了一个令人担忧的问题:猎户座飞船的隔热罩出现了100多处剥落,而不是像设计的那样熔化脱落。这引发了人们的担忧,即该隔热罩可能不足以保护宇航员在未来的载人任务中免受伤害。
在阿尔忒弥斯1号飞行任务结束后,猎户座飞船隔热罩在肯尼迪航天中心接受检查。
2022年,猎户座飞船在无人试飞期间,其隔热罩的部分材料脱落。 图片:NASA
美国宇航局的团队着手分析阿尔忒弥斯1号飞行期间隔热罩发生的情况,以及这对乘坐猎户座飞船的宇航员构成的风险。为避免类似问题再次发生,美国宇航局计划改进猎户座飞船在阿尔忒弥斯2号任务中的返回地球方式。
该机构采用了一种叫做跳跃式进入的方式将猎户座带回,类似于石头在水面上跳跃的方式。
猎户座飞船俯冲进入高层大气以降低速度。随后,飞船再次升空进入太空,之后再次进入大气层,最后借助降落伞着陆。
美国宇航局表示,隔热罩内部凹陷处积聚了气体和压力,最后导致了隔热罩外层出现裂缝。
NASA 将修改猎户座飞船返回地球的方式,以执行阿尔忒弥斯二号任务,缩短第一次下坠到最终重返大气层之间的时间。
官员们表示,新的飞行轨迹应该能避免猎户座飞船在 2022 年飞行中出现的问题。
几十年来,美国宇航局和工业界一直在研发隔热罩,并采用了不同的系统。20世纪60年代至70年代初,阿波罗号宇航员从月球返回地球的登月舱使用的是烧蚀隔热罩。美国宇航局的航天飞机轨道器在1981年至2011年间飞行时,使用了超过24000块隔热瓦来抵御热量。
航天飞机轨道器的隔热瓦系统模块设计为可重复使用。但该系统结构较为复杂,每次飞行后都需要工作人员做全面的检查和翻新。
除了 NASA 的猎户座飞船之外,还有许多公司已开发或正在开发自己的航天器隔热罩。
瓦尔达航天工业公司成立于2021年,其航天器采用烧蚀隔热罩,并将其送入近地轨道进行药物测试和研究。该公司于今年6月发射了一艘航天器,该航天器首次采用了自主研发的隔热罩进行保护。
与此同时,SpaceX 一直在测试其星舰飞船的隔热罩,在演示任务中,当飞船返回大气层时,对隔热瓦系统来进行测试,以检验其性能。
2022年猎户座飞船首次重返大气层时出现的问题引发了关于其隔热罩的争论。前宇航员查理·卡马尔达表示,飞船的隔热罩存在缺陷,并批评了NASA对猎户座2022年任务中出现的问题的调查方式。
美国宇航局官员为他们的工作辩护,称下一次猎户座飞船重返大气层将安全进行。
怀斯曼将作为指挥官乘坐猎户座飞船执行载人飞行任务,他在9月份的一次采访中表示,宇航员们对新的重返大气层计划充满信心。
“我们非常满意找到了最终的原因,”他指的是2022年任务期间隔热罩出现的问题。“我们确切地知道发生了什么。”
