奇妙的柔性返回艙

楊小文軍

北京時(shí)間2020年5月5日18時(shí)，中國長(zhǎng)征五號(hào)乙（CZ-5B）火箭上天啦！這件中國航天界的大事兒，估計(jì)小讀者都有耳聞?？墒悄阒绬?？跟隨它上天的，還有新一代載人飛船試驗(yàn)船和柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙，后者又被稱為柔性返回艙。它是什么呢？

為什么要“返回”

上了天的飛船，有時(shí)一去不返，有時(shí)卻得返回地球——盡管比例不大。這些需要返回的飛船，或帶著樣品，或帶著航天員......總之，要返回地球，上天時(shí)飛船里就需要預(yù)先帶一個(gè)東西，那就是返回艙。

從地球飛到太空非常難，需要巨大的火箭幫忙推一把，這是為了克服地球引力。但是，從太空再返回地球，也不是一件容易的事情。也許你要說了：飛回來，靠地球引力就行，有什么難的？其實(shí)，沒那么簡(jiǎn)單。飛船進(jìn)入大氣層后，速度極快，保持在每秒鐘10千米左右，和大氣層摩擦生熱，溫度會(huì)瞬間超過1000°C，簡(jiǎn)直就是一團(tuán)紅通通的火球。所以，對(duì)于返回艙，就有許多要求：耐高溫、保溫、堅(jiān)固......

為什么要“柔性”

為了達(dá)到這些要求，傳統(tǒng)的返回艙往往都是用金屬制成的，外殼硬邦邦的，下面有厚厚的隔熱層，表面還要涂抹厚厚的耐熱層。

而從外形上看，返回艙以錐形為主。

1969年，美國阿波羅11號(hào)登月，三名航天員返回地球，乘坐的就是典型的硬性錐形返回艙。進(jìn)入大氣層后，它大頭朝下，外面燒得通紅，憑借巨大的降落傘，掉進(jìn)海里。

一直到今天，不管是人還是物返回地球，借助的基本上都是同樣的返回艙，使用的也是同樣的返回模式。但是，這種返回艙存在許多問題，比如它又重又大、發(fā)射成本高、只能使用一次等。

正是由于傳統(tǒng)返回艙種種不理想的地方，多年前各國科學(xué)家就紛紛提出柔性返回艙的概念。不過，受當(dāng)時(shí)材料的制約，一直沒能實(shí)施。直到近年來，柔性返回艙的研究才取得不少進(jìn)展。在科學(xué)家眼中，它在進(jìn)入大氣層以前，就可以充氣，隨即展開整個(gè)外形。而在這之前，它的體積很小，整個(gè)重量也很輕。在航天領(lǐng)域，輕和重，是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，決定了發(fā)射成本。同時(shí)，它又具有耐高溫的特性，還能重復(fù)使用，非常有前途。

如何“優(yōu)雅”地柔性返回

柔性返回艙是充氣的，充什么氣體？這其中大有講究。易燃易爆氣體肯定不行?？諝饽兀恳膊恍?，因?yàn)榭諝獾暮趿繛?1%，在超過1000°C的條件下是很危險(xiǎn)的。過去，科學(xué)家在試驗(yàn)時(shí)充過氦氣，也有用氮?dú)獾模Ч疾诲e(cuò)，以后應(yīng)該還會(huì)繼續(xù)沿用這兩種氣體。

在材料方面，科學(xué)家考慮使用強(qiáng)度更好的復(fù)合纖維材料來制造外罩，其強(qiáng)度可以達(dá)到鋼材的15倍，同時(shí)能做到在超過1000°C的條件下不變形。此外，也有一些科學(xué)家在研制一種新型耐熱材料，它受熱后就會(huì)自我蒸發(fā)，在蒸發(fā)過程中帶走熱量，減少對(duì)柔性返回艙的燒損。

在實(shí)際操作方面，目前國際上已經(jīng)進(jìn)行過試驗(yàn)的柔性返回艙最大直徑為6米，下一步試驗(yàn)，直徑有可能還要擴(kuò)大。今后，變大一些的柔性返回艙會(huì)試著將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)帶回地球，因?yàn)榛鸺l(fā)動(dòng)機(jī)非常昂貴。這次，我國試驗(yàn)柔性返回艙意義重大，這是趕超先進(jìn)技術(shù)的開始，也是重要的第一步。這次，長(zhǎng)征五號(hào)乙火箭試驗(yàn)用的柔性返回艙，直徑約3米，高約1.5米，呈倒錐形。

據(jù)報(bào)道，這次隨長(zhǎng)征五號(hào)乙火箭上天的柔性返回艙在返回過程中，出現(xiàn)了異常。出現(xiàn)了什么異常？尚無報(bào)道。目前專家們正在研究，相信不久后會(huì)有結(jié)果。對(duì)于一個(gè)新生事物，出現(xiàn)異常是正?，F(xiàn)象，科學(xué)探索本身就曲折迂回，沒有一帆風(fēng)順的。根據(jù)以往試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)異常的原因可能是摩擦產(chǎn)生高溫、表面破裂或軟化、粘結(jié)處斷開，以及所充氣體是否適宜等問題。