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中国航天技术落后美国了吗?“柔性充气返回舱着陆”技术强在哪?

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山中一日地上三年Lv.6 来自手机 显示全部楼层 发表于 2023-4-3 09:46:06 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
11月10日,美国NASA对外宣布称:其自主研制、试验的“充气式再入减速器”着陆试验取得圆满乐成,充气隔热罩在轨展开、并安全降落在预定海域。


而在此之前的2020年5月5日下午,中国首次发射长征5B运载火箭时,就同时搭载了我国“新一代载人飞船试验船”和“柔性充气式货物返回舱试验舱”,其中新一代载人飞船试验船安全返回地面取得圆满乐成,柔性充气式货物返回舱试验舱,则在返回的过程中由于降落园地的漂移,在降落过程中发生异常。




也就是说此次美国乐成验证柔性充气式返回舱技术,着实是从试验速度上逾越了中国,那不禁要问:中美为何抢先发展“柔性返回舱”技术?这种技术为何50年了才得以攻破呢?中国真的被美国逾越了吗?
中美为何抢先发展“柔性返回舱”技术?
航天器要想乐成进入预定轨道,就要在星箭分离时,航天器的飞行速度凌驾第一宇宙速度,所以火箭就要不停地加快,从而诞生了多级火箭布局。同样航天器要想脱离轨道,重新返回地面也不是简简朴单的事情。由于航天器以极高的速度返回地球时,航天器自身会和稠密的大气层之间产生剧烈摩擦,终极在航天器表面产生上千度的连续高温烧蚀。

所以从上世纪60年代人类掌握航天器返回技术后的半个多世纪里,在航天器返回隔热技术方面,人类不停走得是锥形布局+底部隔热盾+烧蚀降温涂层技术来保护返回舱安全降落,像我国的神舟载人返回舱、俄罗斯的联盟号返回舱、美国的阿波罗、载人龙这些载人返回舱,以及一些无人返回舱利用的都是这种传统、但成熟可靠的航天返回技术。


这种锥形布局+隔热盾+烧蚀降温的返回技术固然成熟可靠,但自身也存在着自庞大、资本高、一次性利用等缺点,特别是这类隔热降温技术只能保护返回舱顺利穿过大气层,并不能对返回舱的安全着陆产生积极作用。为此返回舱还得内置多个超大面积的减速伞+反冲火箭/气囊来降低返回舱着陆速度,而这也使得返回舱+反冲火箭+气囊缓冲布局大量占据返回舱内部空间的同时,超大面积的减速伞也存在着极易缠绕+着陆后返回舱很可能会被减速伞拽到的风险。



所以美国在上世纪60年代既提出,如果能有一种技术在航天器脱离预定轨道,进入大气层前就自动包裹住返回舱本体,同时利用自身张开更大的体积产生更大的飞行阻力,从而降低返回舱进入大气层速度和摩擦热量,并帮助返回舱平稳降落地面的话,之前航天器返回时必须利用的锥形布局、隔热盾、烧蚀降温等技术就可以被替换,而这种技术就被称之为“充气式柔性返回舱技术”。

其最大的优点除了能够保护返回舱安全降落地球外,还有一大上风就是,相比传统隔热盾而言,这种全新布局的柔性充气返回舱不仅对返回舱布局不受任何限制,使得返回舱可以根据航天需求更开放性设计开辟外,柔性充气式返回舱在充气打开之前,自己就是一个可以收纳成体积小巧、重量浮滑的气囊包,所以体重小和轻,也使得其在自己注重轻和重的航天范畴非常有上风,究竟航天发射的重量决定了发射资本。而且这种气囊包打开后就像是一把伞一样,将返回舱本体牢牢包裹住的同时,伞型布局也使得其再入速度更低、具备重复利用的优点。


特别是当前中美两国的新一代载人飞船重量凌驾20吨以上,这么大的质量如果利用之前隔热盾+减速伞的回收方式,不光会使得整个载人飞船返回舱布局受限、隔热性能受阻,同时最关键的就是减速伞面积必要更大,但伞数量不能凌驾4个以上,否则极易发生缠绕,所以这也是中美两个新一代载人飞船出现后,都急于试验这种柔性充气式返回舱的核心缘故原由。


这种技术为何50年了,才得以攻破?
固然这种柔性充气式返回舱技术早在上世纪60年代就被提出,但这种看似简朴的充气气囊布局研制并不简朴,由于这种充气式返回舱在进入大气层之前就要充入大量气体,如果直接充入空气肯定不可,究竟空气中氧气含量凌驾21%,在上千度高温的大气层中很容易被引爆,所以只能充入稳定性好的氦气或者氮气,但这两种气体怎样压缩、且被压缩情况下,如果短时间内快速充入气囊非常关键。

其次就是这种柔性充气返回舱在重入大气层的时间,不光柔性气囊表面会受到高温摩擦产生热量,同时受地球重力和空气密度增大影响,整柔性充气返回舱气囊表面的抗烧蚀本领也要得到进一步提拔,至少保证在充入大量气体后、且与大气层剧烈摩擦高温状态下不会被压爆是,所以就必要开辟一种质地轻、能够重复利用、且抗热本领强的高分子复合材料。

所以对于想要研制这种柔性充气式返回舱的国家而言,除了要办理稳定气体的快速注入、高分子材料的隔热降温、以及气囊缓冲减震功能外,还要能够保证其体积小、重量轻、且具备重复利用的功能,所以这也是该技术固然提出了半个世纪之久,但不停没能乐成实现的缘故原由所在。

中国真的被美国逾越了吗?
如果论柔性可充气返回舱的研制和试验进度,美国早在上世纪80年代就曾试验过,欧空局也曾在本世纪初进行过多次试验,但无一破例全部失败,要么直接在太空未能快速充气、要么就是充气乐成,返回失败。

而我国在2020年随着长征5B首飞时进行的柔性充气返回舱试验舱技术,其终极失败的缘故原由只是降落所在发生大范围变化,在核心的充气、充入大气层方面已经取得试验乐成,信赖背面稍加改进后,我国再次进行相关试验取得乐成的概率会非常大。

当然现阶段美国率先完成这一试验,并不代表美国就走在了中国前线,逾越了中国。当下中美双方依然处于齐头并进的状态,而且美国也只是试验乐成,并没有真正将其应用到载人飞船返回真实过程中,所以终极谁率先将其应用到实际航天返回中,还得看中美双方的盼望速度来决定。
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