能抗2000℃高温的充气罩中美都在研究或将是登陆火星的主要?
发布时间:2022-11-19 10:30:46 所属栏目:动态 来源:互联网
导读: 火星,这颗通体呈橘红色的星球,对于人类而言,就是一个既陌生又熟悉的存在。
之所以说陌生,是因为人类自开始宇宙探索后,还从未登陆该星球,对于火星的研究,一直停留在观
之所以说陌生,是因为人类自开始宇宙探索后,还从未登陆该星球,对于火星的研究,一直停留在观
火星,这颗通体呈橘红色的星球,对于人类而言,就是一个既陌生又熟悉的存在。 之所以说陌生,是因为人类自开始宇宙探索后,还从未登陆该星球,对于火星的研究,一直停留在观测和猜想之中。 至于“熟悉”的原因,则主要源于各类影视、小说作品中的描述,比如《火星任务》、《火星救援》等好莱坞大片中,火星都是作为故事背景出现的,又如早前爆火网络的“火星文”,那更是为一众80、90后所熟知。 不过,随着科技的不断发展,人类很可能会打破这种“陌生”与“熟悉”的壁垒,简单来说,就是人类将直接登陆火星,正式了解这颗橘红星球。 但令人震惊的是,人类能否登陆火星的关键,其实就是一个充气罩,也是一个中美两国都在积极研发的“黑科技”。 黑科技充气罩:充气式返回舱 首先,让我们先来了解一下这个“充气罩”,该设备在国内的命名为“充气式返回舱”,顾名思义,就是在返回舱上安装一个充气式“降落伞”,以让返回舱能够完成减速,并成功着陆地球。 不过,需要注意的是,这个充气式降落伞的开伞时机,并不是在大气层之内,而是需要在大气之外打开。 这也就意味着,充气罩降落伞需要承受住返回舱与大气层的摩擦高温,须知这可是上千度的温度啊,寻常钢材在如此环境下,都会直接化成渣滓。 除此之外,因为需要在大气之外展开充气罩,充气状态与中空环境就势必产生压强差异,这对充气罩并非好兆头,毕竟气压一旦出现悬殊,那整个充气罩的稳定性将会受到极大的挑战。 因此,充气式返回舱的概念自上世纪60年代提出起,就一直处于紧张的研究之中,其中最具代表性的,就是美国的AID(Attached Inflatable Decelerator)项目,用中文表述就是附体式充气减速器。 该项目最初的初衷,是为了让美国“海盗号”探测器能在充气罩的空气制动下,于火星完成一次软着陆,以方便后续的研究。 为此,美国专门找来了闻名于世的美国Goodyear公司,即美国固特异,这是一家专研于橡胶制品的企业,因出产的轮胎质量优异而为世人熟知,美国将固特异纳入项目合作之中,又投入了大量专业博士,可见其对减速器研发的决心。 但饶是如此,AID项目在材料、气压等多方面因素的影响下,最终还是走向了失败,这种充气式减速器的概念,也只能暂时封存。 直到上世纪80年代,也就是AID项目之后30年,美国航空航天回收系统公司重启了该项目,并重新命名为充气式回收飞行器(Inflatable Recovery Vehicle),即IRV项目。 IRV项目在AID的基础上,对充气罩的材料和结构进行了改进,甚至还加入了高压稳定的考量,这从根本上解决了中空失压的问题。 除此之外,IRV还在结构舱的前端设置了缓冲气室,简单来说,就是在回收舱着陆时,IRV还会运用高压弹出一个缓冲气垫,来让回收舱完成真正意义上的软着陆。 值得一提的是,该项目在携带180公斤载重的空投测试中,成功完成了着陆,这也证明了充气罩返回舱理论的可行性。 当然,IRV的成功也让其他国家得到了启示,大家纷纷展开相同方向的试验,比如二十世纪90年代时,俄罗斯就与欧洲航天局合作,开展了一个名为“充气再入与降落技术(inflatable re-entry and descent technology)”的项目,简称IRDT。 该项目与IRV理念相似,都意在打造一个充气罩式的着陆舱,但遗憾的是,IRDT在历经三次试飞后,都未能取得成功。 除此之外,日本也开展了名为“大气进入舱薄膜减速器(Membrane Aeroshell for Atmospheric-entry Capsule)”的项目,并将其简称为MAAC。 MAAC项目简直就是美国IRV的翻版,它们都使用附体式张力锥形的罩式,唯一不同的是,日本在IRV的基础上,进行了一些现代化的改装,来让整个系统变得更加稳定。 基于IRV试验的成功,日本MAAC也在风洞测试中完成了全部实验,尽管目前暂还不能投入实际运用,但日本航空从中受益良多,尤其是实现了充气找减速器理论的“零突破”。 而我国作为世界强国,虽然在航天事业方面起步较晚,但依然投入大量科研资源,在二十一世纪初时开启了该领域的研究。 比如,作为航空领域权威期刊的《宇航材料工艺》,就曾在2003年第6期刊中指出,我国的充气式载人飞行器,及其柔性防护系统已经处于研究发展阶段。 从这一点来看,位于世界强国之列的中、美、俄都采用各自方式,在充气式减速器领域展开“奔跑”,但这也产生一个新的问题:该技术的突破,究竟能带来何种益处? 充气式返回舱:登陆火星的关键 事实上,正如前文所言,充气式减速器的核心优势,就在于能在飞行器在各种环境下,都可以轻松完成软着陆,这不仅能保证飞行器的稳定性,还能拓宽人类太空飞行器的可降区域。 要知道,眼下飞行器若想抵消穿越大气层带来的高温,基本都是依靠底部钟形的隔热层,但这种传统的隔热方式,其实只适用于地球。 这主要是因为,大气层摩擦所带来的高温已达恐怖的上千度,这意味着隔热层必定要极为厚实,可如此设计无形中也加大了飞行器的重量。 好在地球的大气层相对较厚,使得飞行器虽然重量过大,但在摩擦中却也完成了减速。 所以,重量居高不下的飞行器,要想完成异星球着陆,那所降星球的大气层的密度和厚度,也必须和地球一致,若是对方星球的大气层过薄,那飞行器的重量,很可能让它来上一次“千斤坠”,直接粉碎在异星。 然而,宇宙中各行星的大气层厚度,怎么可能都与地球一致呢,比如火星的大气层就极疏、极薄,根本不能为传统飞行器提供减速效果。 因此,飞行器的自主减速就显得极为重要了,而充气式减速器作为一种节省能源的创新方案,自然也就成为了登陆火星的首选。 值得一提的是,我国在2020年5月6日发射的长征五号B运载火箭中,就曾对装配了充气式减速器的返回舱进行了试验。 该试验虽然保证了返回舱的安全,也让返回舱完成着陆,可实际着陆点与预想着陆点却出现了很大的偏差,所以实验结果判定为异常,还需要进一步改进。 但据美国《纽约时报》网站的消息,美国国家航空航天局(NASA)在2022年11月10日时,将一个充气装置送入太空,并成功在预计的夏威夷降落点完成了回收。 这也宣告人类首个充气式减速器的全面成功,而美国也由此成为了第一个达成该成就的国家。 不过,我国作为研究起步较晚的国家,能够在十年间达成如此成就,已足以让世人信服,毕竟,美国从上世纪六十年代研究算起,直至2022年的今天才取得成功。 相信在我国航天人的努力下,下一场登陆火星的较量,我国能够一马当先,夺得头筹。 (编辑:晋中站长网) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |
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