美國(guó)做到了,我們落后了?NASA柔性返回艙著陸成功,真相是什么?
最近,美國(guó)NASA放出重磅消息,柔性返回艙(美方稱(chēng)為L(zhǎng)OFTID)試驗(yàn)喜獲成功,而我國(guó)2020年5月的類(lèi)似實(shí)驗(yàn),則在返回過(guò)程中發(fā)生異常,美國(guó)辦成了我們沒(méi)能實(shí)現(xiàn)的事,是我們落后了嗎?
先說(shuō)結(jié)論:在柔性返回艙技術(shù)上盡管美國(guó)這次實(shí)驗(yàn)獲得了成功,但是我們并沒(méi)有落后,相反我們依舊遙遙領(lǐng)先,原因有二:

第一:我們遲了N年研究,率先獲得成功。
為了實(shí)現(xiàn)敏捷性、低成本的太空物資下行,早在2003年我國(guó)相關(guān)部門(mén)就對(duì)充氣式載入飛行器柔性防護(hù)系統(tǒng)發(fā)展做出研究(《宇航材料工藝,2003年第6期》),航天科工二院于2014年創(chuàng)新地提出采用充氣展開(kāi)技術(shù),研制出了柔性返回艙這一新型空間運(yùn)輸飛行器。

盡管美國(guó)從20世紀(jì)末,美國(guó)NASA就以大質(zhì)量火星探測(cè)器著落任務(wù)為背景,進(jìn)行了高速充氣式(HIAD)的研究計(jì)劃,驗(yàn)證了充氣式再入氣動(dòng)減速技術(shù)。
到了60年代,載人航天探索時(shí)代,美國(guó)曾有一個(gè)非常瘋狂的設(shè)計(jì),宇航員只要憑借手提箱大小的逃生裝置就可以實(shí)現(xiàn)從太空降落。
遺憾的是,這僅僅存在于想象中,且不說(shuō)沒(méi)有能耐受近3000度高溫的柔性材料,更不要說(shuō)返回過(guò)程中可能遇到的死亡翻滾。

在以后幾十年里,各種柔性降落方案,都面對(duì)的都是地獄級(jí)別的難題,涉及到機(jī)構(gòu)、材料等一系列難以攻克的課題。
總結(jié)就是在中國(guó)實(shí)施首次低軌試驗(yàn)之前,美國(guó)、俄羅斯都沒(méi)有做過(guò)這個(gè)高度的實(shí)質(zhì)性試驗(yàn),即便是亞軌道試驗(yàn)除了驗(yàn)證了展開(kāi)試驗(yàn),降落過(guò)程也以失敗告終。

從這些過(guò)程可以看出,一個(gè)設(shè)想從設(shè)計(jì)到實(shí)施,往往需要幾十年驗(yàn)證才有可能獲得成功,背后拼的是人才和產(chǎn)業(yè),更是持續(xù)不斷的投入。

而我國(guó)主要面對(duì)的貨運(yùn)版本的充氣式返回技術(shù),從2014年展開(kāi)研究到2020年實(shí)施近地軌道試驗(yàn),說(shuō)明中間的測(cè)試都獲得了成功。
2018年,業(yè)界就曾透露:“中國(guó)正在基于空間充氣展開(kāi)、柔性防熱、復(fù)合材料等技術(shù),開(kāi)發(fā)具有低成本、高承載比特征的新型空間貨物運(yùn)輸飛行器。
在此基礎(chǔ)上,后續(xù)將采用新式復(fù)合材料艙體和新型環(huán)控生保等技術(shù),形成系列化產(chǎn)品,為空間貨物下行運(yùn)輸,遠(yuǎn)距離物資投送、回收等任務(wù)提供支撐。”
也就是說(shuō)我們用6年時(shí)間走過(guò)別人幾十年的路,這樣算下來(lái)真可謂神速,這也就是我們的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)折疊后直徑為1米,高度為1.5米的裝備,在太空展開(kāi)為3米直徑的空氣熱盾,用柔性材料去對(duì)抗2000度以上的高溫,能夠穿越大氣層,這本身就是一種成功。
第二,研究的用途不同。
國(guó)外的相關(guān)研究基本都是為了火星降落而實(shí)施的,火星空氣稀薄,需要的充氣盾直徑更大,載重更小,所以這次NASA試驗(yàn)的是直徑6米的代號(hào)我哦“LOFTID”橫切充氣空氣殼或隔熱罩的技術(shù)演示,目標(biāo)是適用于幾百千克到2-3噸的無(wú)人著落器降落。

而我國(guó)于2020年5月實(shí)施的是基于返回艙這樣的大型再入試驗(yàn),雖然返回過(guò)程中出現(xiàn)了漂移,落點(diǎn)偏移比較大。
但是也只是是意味著在陸地著落時(shí)姿態(tài)發(fā)生變化,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)“百步穿楊”,并不是燒毀或者是重大失敗。
這意味著我們還是完成了直徑3米級(jí)充氣式返回艙的展開(kāi)、耐高溫、降落試驗(yàn),屬于世界范圍內(nèi)低軌道試驗(yàn)的首次實(shí)施,這樣的效果已經(jīng)很好了。
“出現(xiàn)異常”只是意味著沒(méi)有達(dá)到理想效果,雖然不能說(shuō)是圓滿(mǎn)成功,但是也不能判定為任務(wù)失敗。
而作為我國(guó)下一代返回艙技術(shù),在這次試驗(yàn)中成功回收才是關(guān)鍵,意味著我們有了更好的技術(shù)實(shí)現(xiàn)高噸位級(jí)別的返回艙降落。

這次LOFTID再入大氣層,從125公里高度完全膨脹展開(kāi),經(jīng)歷過(guò)黑障區(qū)之后,返回到距離夏威夷海岸800公里,檀香山以東的地方,與預(yù)計(jì)偏差12公里左右。
隨后,12名回收?qǐng)F(tuán)隊(duì)根據(jù)GPS坐標(biāo)找到它,并且打撈上來(lái)。從外觀(guān)看,基本完好。
應(yīng)該說(shuō),這是一項(xiàng)創(chuàng)舉,完成了柔性返回技術(shù)的低軌道降落試驗(yàn),其航電、展開(kāi)、耐高溫等等都經(jīng)受了考驗(yàn)。


值得一提的是,LOFTID航空外殼的外層材料是由碳化硅陶瓷制成,經(jīng)過(guò)多層堆疊,按照重量計(jì)算,其強(qiáng)度超過(guò)了鋼的10倍。
這意味著,NASA不但實(shí)現(xiàn)了材料的突破,也實(shí)現(xiàn)了降落姿態(tài)的基本控制。
這可以算是美國(guó)研究50年的豐碩成果,但是也有瑕疵——落點(diǎn)并不精確,即便是在寬闊的海面上,也出現(xiàn)了較大偏差,與我們2020年的試驗(yàn)如出一轍。

降落成功的消息,讓美國(guó)對(duì)火星降落的新方案充滿(mǎn)了信心,但是還是面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
NASA團(tuán)隊(duì)在接受采訪(fǎng)時(shí)表示,“每次我們操縱隔熱罩時(shí),都有可能損壞。在這個(gè)測(cè)試中,我們希望盡可能多地學(xué)習(xí),因此我們將在恢復(fù)過(guò)程中獲得盡可能多的視頻和照片?!?/p>
可見(jiàn)LOFTID也依舊有很長(zhǎng)的路要走,比如降落的準(zhǔn)確度,以及重復(fù)使用等等。而中國(guó)提前兩年做出相關(guān)試驗(yàn),其本身就具有更高的先進(jìn)性。
實(shí)際上,作為一種補(bǔ)充降落辦法,其探索意義在于降低成本,提高可靠性,每一次試驗(yàn)都有可能面臨失敗,但是并不意味著誰(shuí)更先進(jìn),畢竟太空競(jìng)賽的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去。
每個(gè)國(guó)家發(fā)展航空的最終目的是為了探索太空,帶動(dòng)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,不再是你追我趕式的燒錢(qián)運(yùn)動(dòng)。

在筆者看來(lái),充滿(mǎn)想象力和挑戰(zhàn)性的試驗(yàn),即便是失敗了,也值得尊敬和期待,畢竟科技背后就是無(wú)數(shù)個(gè)失敗組成的。