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按照計劃,北京時間4月11日08:07,美國阿爾忒彌斯2號任務的獵戶座飛船將在圣迭戈外海濺落。對于美國宇航局(NASA)而言,這是一場十分嚴峻的考驗。因為整趟任務最驚險的時刻,其實不是飛到月球附近,而是最后沖回地球的這幾分鐘。
獵戶座飛船從月球方向歸來,最后再入地球大氣層時的速度將高達3.8萬公里/小時。這樣的速度,足以讓空氣在飛船前方被劇烈壓縮,形成熾熱等離子體,把飛船外表面加熱到高達2760 ℃。此次任務的最終成敗,就取決于最后一步的返回。
一、最后的返回,才是全程最險時刻
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阿爾忒彌斯2號已經成為了飛得最遠的載人飛船,打破了阿波羅13號在1970年創下的人類最遠載人飛行紀錄。對美國來說,這當然值得慶祝,但紀錄本身并不能保證任務真正過關。因為從月球方向回來的載人飛船,要面對的是比近地軌道返回更兇險的再入環境。
這也是為什么NASA把返回階段看得極重。按照NASA的任務安排,飛船最后一天仍要進行返回程序復核、軌道修正以及再入準備。對于4名宇航員而言,真正決定這趟飛行成敗的,很可能就是最后這8分鐘。
二、獵戶座飛船最讓人擔心的,偏偏就是隔熱罩
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問題的焦點,集中在獵戶座飛船底部那塊最關鍵的隔熱罩上。2022年,在阿爾忒彌斯1號無人繞月任務時,獵戶座飛船返回地球后,NASA發現其隔熱罩炭化層在多處區域出現了異常脫落,表現和預期并不一致。
NASA后來的調查給出了明確原因,隔熱罩外層使用的一種特殊燒蝕材料,在再入過程中會產生氣體,本來這些氣體應該逐步排出,但阿爾忒彌斯1號的再入熱環境導致熱量在材料內部積累,部分區域的氣體沒能像預期那樣順暢逸散,內部壓力上升后引發開裂,最終造成一些炭化層碎片脫落。
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這件事之所以讓外界一直不放心,是因為隔熱罩是載人飛船最后的“保命殼”。去月球可以靠火箭、靠軌道設計、靠導航修正,但回來這一步,飛船能否撐住高熱和高壓,主要就看它。隔熱罩一旦出現系統性問題,后果不會是任務有瑕疵,而可能是整船失守。
三、NASA為什么還敢讓4名宇航員坐進飛船?
首先,阿爾忒彌斯1號雖然發生了異常炭層脫落,但艙內溫度始終在安全范圍內。也就是說,問題確實存在,可它并沒有穿透到威脅乘員生存的程度。從NASA角度看,這說明獵戶座的熱防護系統沒有失效,而是表現偏離預期。
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此外,NASA沒有讓阿爾忒彌斯2號照搬上次的返回路線。NASA針對阿爾忒彌斯1號的數據重新分析后,決定優化這次的再入剖面,縮短飛船在特定熱環境中的飛行距離和作用時間,以降低類似炭層異常脫落再次發生的概率。
但NASA放心,并不意味著所有專家都完全放心。最近的報道里,仍有一些長期研究熱防護系統的專家認為,只改返回軌跡、不大改硬件,本質上仍是在接受一次實戰檢驗。畢竟,任何地面試驗和建模都不能百分之百復制真實深空再入環境。
四、最后8分鐘,決定美國重返月球計劃的信心值
如果4月11日這次返回非常順利,獵戶座飛船隔熱罩經受住考驗,外界對于阿爾忒彌斯登月體系的懷疑就會下降一些。對一個一再延期、預算又極其龐大的計劃來說,這種平安回家的象征意義極大。
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可如果這次再入階段又出現超預期的裂紋、剝落,哪怕飛船最終安全濺落,也會給NASA帶來新一輪壓力。因為那將意味著,阿爾忒彌斯1號揭示的問題,也許并沒有像官方想的那樣被真正避免。屆時受到沖擊的,不會只是獵戶座飛船的聲譽,還會是整個阿爾忒彌斯計劃的可信度。對美國而言,月球競賽已經不只是科學工程問題,更是戰略形象問題。
說到底,阿爾忒彌斯2號前半程已經足夠風光,它飛到了月球背后,刷新了人類最遠太空飛行紀錄,也拍回了讓無數人震撼的月球與地球畫面。可載人航天從來不以飛出去為最終標準,而是以宇航員平安回來為真正句號。
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很快,獵戶座飛船將攜帶4名宇航員一頭扎進2760攝氏度的烈焰中。到那時,人們看到的將不只是一艘飛船返回,更是美國重返月球計劃能否穩住信心的關鍵一跳。
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