美著名科技媒体ArsTechnica在8月22日发布了一篇报道称,2年前美重返月球的猎户座飞船在返回地球后被发现给飞船隔热的耐烧蚀大底居然丢了一大块!美国宇航局日前表示,该问题还在继续调查中,然而随着调查的深入,暴露出的问题越来越严重!
美网友在该报道后留言称,为什么这么严重的问题2年了还没查清楚?另有网友表示,该飞船在第一次飞行时甚至没有生命维持系统,下次绕月将是没有任何测试的情况下第一次配备维升系统,真是太疯狂了!近期美重返月球计划接二连三爆出问题,想要赶在中国以前登月已经不太可能了。
猎户座飞船雷霆返回:喜事差点办成“丧事”UTC时间2022年12月11日17点40分30秒,NASA的猎户座飞船以约10.8千米/秒的速度冲入大气层,瞬间飞船外围就被一团超过2700℃的等离子体包围,随着飞船重心的调整,飞船在大气层中滑翔曲线渐渐抬升,再次冲出大气层,划出一条非常漂亮的弹道,再次落回了大气层,这次速度降低到了7.9千米/秒以下,飞船再次被等离子体包围,几分钟速度逐渐降低,自由落体,开伞,飞船稳稳的落在了下加利福尼亚州以西的瓜达卢佩岛附近的太平洋上!
阿尔忒弥斯计划1:猎户座飞船返回,喜事差点成丧事
这是阿尔忒弥斯计划的第一次飞行,该计划延续自2005年重返月球的星座计划,后来被奥巴马取消,又在特朗普执政的2017年重新回归并被命名为阿尔忒弥斯计划,其目标是在2024年前重返月球,但由于SLS火箭的原因,原本在2016年的SLS火箭+猎户座飞船的首次无人绕月飞行推迟到了2022年11月16日进行。
发射非常顺利,SLS火箭将猎户座飞船送入了地月转移轨道,于17日进入地月转移轨道,21日进入绕月轨道,并且在这个轨道上还进行了逆行轨道测试,持续到12月4日,从5日开始返回地球,并于11日再入地球大气层返回地球。
整个过程一气呵成,中间衔接非常丝滑,不愧为老牌“登月强国”,总的来说阿尔忒弥斯计划1是相当成功的,如果返回的猎户座飞船不出来捣乱的话!因为就算是外行都能看出猎户座飞船的问题,在耐烧蚀大底中脱落了多块,这是多严重的问题各位有概念吗?基本上可以理解为万幸,如果在“‘Skip’ Reentry”再入的第一次循环中脱落的话,猎户座飞船基本上就被“火化”,现在NASA的的庆祝的喜事就变成了“丧事”,所幸里面只有一个假人。
2024年5月2日~3日,外媒密集报道了猎户座飞船耐烧蚀大底脱落的严重问题,从公开的画面显示,猎户座飞船的耐烧蚀大底糟糕情况触目惊心:
据NASA公布猎户座大底损伤以及飞船本身存在如下几种情况:
猎户座飞船的耐烧蚀模块碎裂与脱落;猎户座飞船的分离螺栓严重烧蚀;猎户座飞船的电力分配存在严重;脱落的情况如上图,看起来就像是年久失修的平方顶上隔热的水泥块被踩了一脚;而猎户座飞船的分离螺栓情概况则看起来有点可怕,似乎是在某种外力的作用下被拧弯了:
下面先分析下耐烧蚀绝热瓦为什么会脱落?估计大家都知道这个绝热瓦对飞船的重要性,这是飞船在重返大气层时隔绝高达2700℃以上高温的唯一屏障,如果绝热瓦破损,那么飞船在返回时会被超高温烧毁,因为没有什么金属材料能在如此高温下还能保持足够强度,并且为了轻量化,飞船大都是高强度航空铝合金与钛合金,前者耐热不过几百度,后者融化温度也只有1600多度!
所以要是绝热瓦损坏,飞船与宇航员将直接在大气层内被火化,结果可以参考2003年哥伦比亚航天飞机返回地球的那一刻,由于机翼在起飞时被泡沫材料撞击损坏,航天飞机在60多公里的高空失控解体,在天空中划出数百道流星一般的尾迹,散落在数万平方公里的土地上!
而分离螺栓的问题可能更可怕一些,分离螺栓的作用是用于返回舱与服务舱之间的连接分离,在飞船返回时,大约在145千米的高度上,返回舱与轨道舱会进行分离,是利用分离螺栓内置的少量炸药将分离螺栓炸断,一般条件下是多个分离螺栓同时爆炸,瞬间轨道舱就被抛弃,但从照片公布的情况来看,分离螺栓似乎还被扭曲了,这表示不是被炸断的,而是被“拧断”的。
前苏联时期就曾有一次飞船返回时由于爆炸螺栓没有及时将轨道舱分离,飞船拖着轨道舱进入大气层,所幸是高温以及强大的高超音速激波作用下最终被分离,但飞船落点与预定落点差距非常大,如果猎户座这种大型飞船在返回时出现这种状况,那可能问题还要严重,最坏的结果是绝热瓦失效,飞船在大气层中解体,与哥伦比亚号航天飞机殊途同归。
看起来像是压坏了,这是冤枉了猎户座飞船?
绝热瓦破损的问题非常严重,但从公布的画面来看很像是被压坏了,不过NASA给出的资料中有几个佐证,确认并非是压坏而是在落地之前就已经损坏:
猎户座飞船是按NASA的传统落在海里;NASA确认,在直升机从海里吊装到甲板上时没有损坏;溅落海里是因为美国的飞船返回条件很优秀,四周都是大海,随便找块海域就可以溅落,还不需要缓冲火箭,更不需要伽马射线高度计,哪像中国飞船落地那么麻烦!但问题是猎户座飞船返回绝热瓦脱落了多块,中国神舟飞船返回绝热大底除了烧黑了点,完全看不出哪里有破损!
为什么时隔两年才报道?估计是捂不住了,因为时间必须要推迟
估计很多网友都纳闷,为什么返回时没吭声,现在却大肆报道了?笔者猜测是因为这事儿兜不住了,阿尔忒弥斯计划II必须要推迟了,因为2024年11月就是原计划阿尔忒弥斯计划II的发射时间,现在从2024年11月推迟到了2025年9月,以解决猎户座飞船的问题。
洛马的调查:两年了没有结果,到底是什么问题?
猎户座飞船制造商有两家,轨道舱是空客制造的,返回舱是洛克希德马丁制造的,我们熟悉的猎户座飞船指的就是返回舱,所以目前问题出在返回舱上,也就是洛马的问题!不过将近两年已经过去了,NASA和洛马并未宣布调查结果,而是在8月22日表示,还需要大量的调查,这就奇了怪了,多块绝热瓦脱落绝壁是质量问题,洛马得拿出对策,为什么2快两年还没结果?
答案可能更可怕!美国可能对高超音速激波条件下的绝热瓦冷热交替一无所知!为什么这么说?因为猎户座飞船的“‘Skip’ Reentry”跳跃再入非常不一般,这个是极度考验空气动力学功底的一个技术,而美国没有堪用的高超音速风洞可能是真正的原因!
“‘Skip’ Reentry”再入的过程是以小角度进入大气层,在高超音速激波升力作用下会被逐渐抬起,再次冲出大气层,然后再经过一次抛物线落回大气层,其作用是分两次减速,降低高温对绝热瓦的烧蚀程度,以轻量化的绝热瓦应对更高速度再入!
应用场景式从月球或者火星返回,此时飞行器速度大约在10.8~11.2千米/秒(第二宇宙速度),像国际空间站载人飞船再入只有7.9千米/秒,此时有两个选择,一个是加固绝热瓦,应对更高速度再入,另一个是减速到第一宇宙速度,此时问题就来了,前者会增加绝热瓦的重量,后者要多带燃料,两个都不经济,所以天才的科学家就想出了第三种方法:“‘Skip’ Reentry”!
第一次再入大气层:从10.8~11.2千米/秒减速到7.9千米/秒,减速大约3千米/秒左右;第二次再入大气层:从7.9千米/秒降低到音速以下,为开减速伞做准备;两次中间有一次非常关键的操作是第一次减速后,激波升力会将飞船抬出大气层外,然后再以抛物线落回大气层内,这里要求非常高,因为控制失误角度太小可能会打水漂飞走,再入失败,角度太大可能会直接以弹道方式再入烧毁在大气层中或者让宇航员承受过高的重力加速度。
恰到好处的控制是因为有一个红利!在第一次与第二次之间会有数分钟的时间差,已经被烧到高温的绝热瓦可以有一段时间冷却,不至于持续“高烧”导致绝热瓦损毁!但问题是在第一次与第二次之间会有一个很高的温差,以及第二次再入时会有更高的高超音速激波冲击,种花家认为,洛马应该在第一次和第二次的高超音速激波对绝热瓦的作用模拟不够,是绝热瓦冷热交替后再被激波冲击下破损的主要原因。
原因可能不难理解,美国目前在高超音速技术迟迟无法突破,最有可能的原因就是高超音速风洞无法模拟33马赫状态下的空气动力作用,在这种条件下必须要高焓风洞模拟,在如此超高速下就不只是空气动力作用了,还有大气化学与等离子体对绝热瓦表面的作用,这个是计算机模拟不出来的,必须用风洞实际模拟。
早在2012年5月,我国就建成了JF-12激波风洞,可以模拟10马赫条件下的空气动力作用,2023年6月份,央视还公开了我国风洞的顶尖杰作JF-22超高速风洞,可以复现40至90公里高空、速度最高达每秒10公里、相当于约30倍声速的飞行条件,简单的说我们可以模拟接近第二宇宙速度下返回的宇宙飞船面临的实际环境,所以嫦娥六号以“‘Skip’ Reentry”跳跃弹道返回没有任何问题,而猎户座飞船却出大糗了,绝热瓦掉落,两年找不出原因,不得以才宣布推迟!
阿尔忒弥斯计划近期密集爆问题:想要赶在中国前登月已经不可能了准确的说,NASA曾经拥有最佳的“重返月球全球环境”,当NASA在2004年制定阿尔忒弥斯计划的前身“星座计划”时,中国还在搞神舟六号,探月的嫦娥计划都还没开始,星座计划打算在2020年代前后完成载人登月,要是按这个时间表,中国完全赶不上,因为中国的载人登月计划是去年才正式公布的。
但是人算不如天算,因为美国的星座计划被取消,不过保留了火箭技术与猎户座飞船,用这俩遗产另起炉灶搞阿尔忒弥斯计划,但SLS火箭却连续推迟17次,从2016年首飞推迟到了2022年,但是要知道这这枚火箭的发动机是航天飞机上拆下来的二手货,是真的二手货,现在还有16台,足够4次飞行,固体助推火箭也是航天飞机的遗产,但就这样一个拼装货,居然因为各种问题连续推迟17次,并且每次发射要20亿美元,马斯克眼睛都瞪圆了,凭啥啊?
但是经过了阿尔忒弥斯计划I的SLS火箭又出问题,据美媒SpaceNews报道,用于SLS的运载火箭一二级的适配器 (LVSA)出了问题,需要一些时间来解决,目前阿尔忒弥斯计划已经不可能在2025年11月份之间发射了,在8月14日的NASA文件中,美国宇航局拟将合同延长至2026年9月,也就是还需要2年!
除了LVSA的问题外,阿尔忒弥斯计划几乎处处都是坑,到目前为止,从公开的报道中可以捋出的问题大概就有如下几个:
GAO(美国家审计)公布的最大问题:预算大大超标,2023年中时评估该计划在2027年前完成非常困难;阿尔忒弥斯计划太庞大,子系统跟不上整体系统的计划,比如SpaceX的星舰月球版,目前还没有动静;NASA将登月子系统更换为蓝色起源的蓝月亮登月飞船后计划还是延迟了,据GAO在今年6月20日公布的结果,该飞船在2028年2月份前完成的可能性很低;阿尔忒弥斯计划的首次登月时间指向2028年后几乎已经成为定局,而中国则是计划在2030年前完成载人登月,原本两个毫不相干的登月计划,被NASA一拖再拖终于拖入了决赛圈,从中国执行航天计划的按时完成记录看,在二十一世纪的这次登月竞赛中,中美到底谁会成为赢家确实不好说了,当然中国是后起之秀完全没有压力,赢了是惊喜,赢不了才是常态,毕竟牛是美国人吹的,咱们等着看好戏就是了。