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这么高的温度 , 连进入地球大气层的行星碎片都能烧化了 。 可是 , 返回舱里边还装着航天员啊!因此 , 返回舱内部的温度不能随着外壳升高 , 还要保持在30度左右 , 以免损害航天员的身体 。
这里要出场的就是我们今天高科技的主角——充气式再入减速系统 , 比我国目前用的防热大底更先进 , 美国NASA已经测试成功 , 我国也正在加紧研制中 。
有了防热底 , 为什么还要费劲研究充气“防护罩”?2000度高温的难题是因为返回舱与大气层摩擦 , 那么 , 我们把返回舱做得光滑点 , 让它来个丝滑入场不就行了?
返回舱刚刚进入大气层时的速度能达到11.2公里/秒 , 要真是像水上乐园滑梯似的 , 唰一下落地 , 航天员恐怕更加悲剧 。 因此 , 返回舱的速度全凭与大气层充分摩擦才能减下来 , 这份摩擦还非得保留不可 。
于是什么样的防护罩能更好地保护返回舱和宇航员 , 是从阿波罗系列开始就困扰科学家们的大问题 。
从上个世纪六十年代开始 , 人类开始向太空进发 , 传统却可靠的返回舱防护罩设计 , 也是从此时一直沿用下来 。
首先是返回舱的底部设计成锥形或钟形 , 外加一张厚厚的隔热盾 , 最外边涂上烧蚀材料 。 锥形或钟形的结构在进入大气层时压缩空气 , 先形成一张空气构成的空气盾 。 随后 , 烧蚀材料在高温下融化、蒸发或分解 , 通过这些变化来带走大量热量 。 最后 , 就是靠隔热盾皮糙肉厚 , 硬刚高温了 。
从阿波罗系列 , 到我国的神舟系列、俄罗斯的联盟号还有美国的猎户座系列 , 都采用了类似的解决方案 。
目前来看 , 传统的层层包裹式防护罩运作良好 , 能够成功保证宇航员的生命安全 。 然而从长远来看 , 还是有不少需要改进的地方 。
最大的问题 , 就是这种防护罩太重了 。 火箭要是额外装了东西 , 和快递一样 , 按公斤计费 。 目前报价最便宜的商用火箭是SpaceX的猎鹰9号 , 每公斤载荷报价2719美元 。
返回舱的防护罩每轻一公斤 , 等于为航天事业节约了上千美元啊 。
而且 , 如果需要用防护罩把返回舱整个包裹起来 , 对返回舱的外形和防护罩的外形都有硬性要求 , 要是有什么不配套的 , 后果不堪设想 。
还有 , 护罩本身也不便宜 。 最外层的烧蚀材料是一次性的 , 烧光了就没了 。 一公斤烧蚀材料的价格也达到8000元 , 本质上就是烧钱啊 。
最重要的是 , 这种防护罩只能隔热 , 在返回舱落地的时候并没有什么作用 。 返回舱要平安降落 , 还是要靠减速伞和反冲火箭来紧急降速 。
为了解决传统防护罩的种种缺陷 , 今年11月 , 美国的NASA宣布自己弯道超车 , 设计了一种“充气式再入减速器” , 并且实验成功了 。 这种“充气包”成功地保护了返回舱 , 并且降落在预定地点 。
“充气式”的防护罩 , 如何起到防护作用?不过 , 这种所谓的充气式 , 听着轻飘飘、软绵绵的 , 到底靠谱吗?为什么中美两国都在抢着做实验?
简而言之 , 充气式防护罩就像能揣在口袋里的小棉袄 。 不需要的时候好好收纳在飞船内部 , 当返回舱离开轨道 , 准备进入大气层时 , 再膨胀起来 , 牢牢包裹住返回舱 。 这种防护罩不仅体积小、重量轻 , 还能在隔热之外 , 依靠自己的庞大体积 , 为飞船提供减速所需的阻力 。
更妙的是 , 这种防护罩既然可以折叠再打开 , 那么打开之后自然也可以折叠起来 , 反复使用 。
这种技术的理念并不算新潮 。 早在六十年代 , 美国已经提出了类似的想法 。 然而理想很丰满 , 现实很骨感 。 在美国和苏联进行疯狂的太空竞赛的时候 , 两个超级大国仍然谁也没能把这项技术研发出来 。
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