被中国逼疯了? NASA新飞船隔热盾问题没解决: 要带病强行发射绕月了

阿尔忒弥斯II任务已进入一个新的里程碑,最新的消息表明,搭载猎户座飞船的SLS火箭将于2026年2月6日准备发射,4名宇航员也已经准备随时出发!这是人类再次进行载人绕月飞行,此次任务将绕月飞行10天后返回,为下次飞船直接登陆月球做好万全准备!

然而据arsTECHNICA在1月10日的报道,猎户座飞船在2022年首次无人绕月飞行时就发现了致命的问题,形成机理一直到2024年底才搞清楚,但是鬼才猎户座飞船研发团队竟然啥都没做,直到艾萨克曼上任才做了一次评估,结果竟然是强行上马,这是被中国逼疯了吗?竟然敢这样操作?

NASA新飞船隔热盾问题没解决:真要带病强行出发?

arsTECHNICA在1月10日报道称NASA新任局长艾萨克曼在本周表示,他对猎户座飞船计划使用现有的隔热盾完成重返月球任务充满信心,这是艾萨克曼在对NASA的调查结果进行了将近一天半的审核后作出的:

“我们对猎户座飞船及其热盾充满信心,这基于严格的分析和那些在过程中始终遵循数据的杰出工程师们的工作”

我们当然相信艾萨克曼说的“隔热盾”问题有信心是基于科学判断,我们相信艾萨克曼的专业度,但是猎户座飞船当时被曝光隔热盾在首次无人环月飞行返回时竟然出现大面积破裂塌陷,现在竟然打算强行出发!我大NASA牛逼不?

猎户座飞船的问题这么严重,NASA究竟是怎么验证通过的?

UTC时间2022年12月11日17点左右,完成了两圈绕月飞行的阿尔忒弥斯I任务的猎户座飞船与服务舱分离,17点20分,猎户座飞船隔热盾朝前略微有一点迎角,以大约11.1千米/秒接近第二宇宙速度一头撞入了南太平洋上空的大气层,这个迎角产生了些许升力,让飞船再次跃出了大气层,回到到了最高大约99千米近卡门线高度。

几分钟后猎户座飞船再次以一条类似抛物线的轨迹再次进入大气层,这次猎户座飞船可没打算再次“起飞”,飞船包裹在高超音速激波形成的等离子体火球中,一路“火花带闪电”出了黑障,引导伞、减速伞、主伞...一路打开,最终溅落在靠近墨西哥下加利福尼亚半岛(Guadalupe Island)附近水域,猎户座飞船雷霆返回!

这是NASA第一次采用完整的“Skip Entry”(双段跳跃式再入),毫无疑问,阿尔忒弥斯I任务与“Skip Entry”再入都是成功的,接下来就是NASA庆祝的各种套路本文不再赘述。尽管任务顺利完成,但但在NASA的报告中却有一张触目惊心的照片:

上图是一张13.1MB的猎户座飞船“隔热盾”的清晰照,各位可以下载放大慢慢看,除了灰白色的区域外还有略带黄色的碎裂与塌陷区域。这就是困扰了NASA整整一年多的猎户座飞船隔热盾问题,而最后的“解决”更是让人无法理解。

猎户座飞船返回后,NASA召集了大量隔热材料专家,甚至当年航天飞机隔热材料专家都被请到了现场一起分析,这种名为“Avcoat”的材料到底是什么原因才会出现这种问题?

猎户座飞船的“Avcoat”材料是一种复合烧蚀隔热材料(ablative heat shield),属于“烧蚀型热防护系统”。它的主要功能是在航天器 高速再入大气层时保护飞船免被高温烧毁:

  1. 飞船以约11 km/s从月球返回地球大气层时,高超音速激波会在飞船表面产生约2,700–3,000 °C的极端热气流,在这种高温下,如果没有保护,飞船表面会在极端高温下燃烧蒸发殆尽,高温气流突入飞船导致结构解体,消失在大气层中;
  2. 此时覆盖在猎户座飞船锥形体底部的Avcoat会在极端高温下分解并烧蚀,释放出大量气体并带走热量;
  3. 这些气体会在高温气流与飞船表面形成一层保护气膜,带走热量,同时自身消耗掉一部分材料,避免热量传导到飞船主体;

这种名为“Avcoat”材料的是环氧树脂嵌入玻璃纤维网格的复合材料,制成小“泡沫塞”或“块”,然后粘在航天器隔热底板上。与航天飞机的绝热陶瓷相比,“Avcoat”材料可以保护更高的再入速度进入大气层,很多朋友可能都不太明白这个道理,其原因是这样的:

航天飞机再入速度最高也只有7.9千米/秒,TPS绝热陶瓷还是顶用的,但猎户座绕月或者登月返回的速度与第二宇宙速度相差无几,并且还没有减速入轨过程,因此进入大气层时就是大约11.1千米/秒左右的速度。

“Avcoat”材料就是在这种超级极端的条件下应用,但是这种看起来设计非常完美的材料,却在阿尔忒弥斯I任务中翻车了,NASA的科学家怎么都想不明白,这种设计指标比第二宇宙速度返回还恶劣的材料竟然没撑住!NNASA找到那群顶级科学家花了一年多时间才搞清楚这种材料为什么会在返回的高温中“集体沦陷”:

原因或者可以归结为“密度过大”,烧蚀材料(Avcoat)生成的气体没有像设计那样顺利排出,导致内部压力积累、材料开裂和碎片脱落。

大致说法就是这材料耐高温没错,但时间持续上有点问题,久了内部气体无法及时排出导致“崩裂”,在猎户座飞船隔热盾出现大面积塌陷就是这个原因。原理就是和在水泥地上烧篝火,结果水泥地地下的水汽蒸发形成蒸汽无法泄压,整个水泥地爆裂了差不多。

这问题看起来挺严重啊,为什么NASA最终决定不整改?

这个结论确实有点让外界措手不及,因为让一种明显有问题的飞船执行环月任务,并且还是载人环月任务,这不就是草菅人命吗?先来看看NASA的评估理由是怎么写的吧:

评估报告称这一现象是猎户座飞船的“Skip Entry”(双段跳跃式再入)时轨迹过于陡峭所致,NASA认为Artemis I的返回轨迹并不是“最优解”,而是一个偏保守、偏验证性的解,还有很多优化空间,比如将再入角降低,那就会显著降低受热情况,会改善烧蚀材料Avcoat的排气状况,因此这NASA认为这个并不是问题,而是通过技术改善甚至消除这个问题。

第二个是兜底,假设烧蚀材料(Avcoat)依然不如人意爆裂露出的复合材料底层怎么办?此时飞船的“骨架”将会直接受到高温气流的冲击!为此NASA工程师在实验室里用高能热源对着这些裸露的骨架狂轰滥炸,持续时间从10秒一直加到10分钟。在如此极端的“裸奔”测试中,飞船的骨架依然保持了结构完整,没有烧穿,没有变形。

所以这才是艾萨克曼最终敲定不更改设计,直接使用这个缺陷版材料的进行Artemis II任务,听上去似乎很有道理啊,毕竟NASA有着非常严谨的论证过程,有充分的理由相信这次任务是安全的,但是种花家怎么看都觉得有点问题:

其做法和一架明知道起落架有问题、起飞后不可能用正常方式返回,必须使用机腹着陆这种迫降方式回到地面。但科学家通过理论计算后100%能保证人员安全......然后NASA就很欢乐的得出答案,没有问题,能保证安全!

现代客机或者战斗机在有保障的情况下实施机场跑道无起落架迫降的,90%以上的可能都能保证乘客安全,因为现代飞行器的设计允许这种极端条件下操作。但问题是作为乘客的您,是否愿意登上一架明知道无法以正常方式降落、必须通过迫降的方式落地的客机?除非是逃离火山岛或者地狱门,要不然种花家绝对不选!

NASA的认知或者局限于高超音速风洞

大家都知道美国的高超音速导弹一直都没有研发成功,目前最接近服役状态的LRHW也仅仅只有2次试射成功的记录,作为一个在2004年就实现吸气式高超音速发动机试飞的国家来说,在20多年后竟然没有高超音速武器不可容忍,但事实就是这样,美国是真没有!

2024年3月,中国人民解放军国防科技大学高超声速技术实验室的刘军教授在《空气动力学报》/《Acta Aerodynamica Sinica》发表了一篇论文,指出美国航空航天局(NASA)开发的高超声速气动软件 Vulcan-CFD 存在理论或数值方法上的缺陷,可能导致在高超声速条件下对气体化学、温度变化等关键参数的模拟不准确。

其大意是美国一直以来都喜欢用计算机模拟来代替真实的风洞数据,从亚音速到中低高超音速(5马赫以内)都没啥问题,但在高超音速领域后会出现非常大的变化,因为高马赫数下气流会产生:

用高超声速流场模拟软件不可能了解这点,因为软件只会根据既定的输入给出一个近似的结果,但软件永远无法模拟实际环境中产生极其复杂的高超音速复杂化学性质变化。这才是美国高超音速武器屡射屡败的原因。

这次NASA的科学家用“高能热源”对底部复合材料框架加热10分钟没问题就得出不影响的结果是一样的。因为模拟再入返回高温气流的“高能热源”基本是火箭尾流,因为NASA没有能模拟25~30马赫气流的风洞,这个很抱歉,中国不对美国开放啊,美国人拿钱来都换不到一次做实验的机会。

这个火箭尾流与大气层中的氧气、氮气以及其他惰性气体的混合气体在25~30马赫下激波加热后导致空气表面产生的分子离解、化学反应以及与复合材料分子离解、化学反应的结果完全不一样,两个就是完全不同的领域。

无知者无畏,NASA科学家不知道这个其实有没所谓!但是按常理判断,这种方式也不应该直接就判定出猎户座飞船就能完全胜任载人绕月返回。因为NASA科学家的计算让飞船越来越没有容错的可能,简单的说就是安全系数无限接近1,完全没有给飞船以及测控留出容错空间。

这种情况意味着 设计是高度精准、极限操作,对工程和控制精度要求非常高,理论上并不是不行,但作为载人工程绝对不允许如此操作,这个风险实在太大了!看看中国人是怎么做的?

2025年11月5日,中国载人航天办公室宣布神舟二十号飞船遭到空间碎片撞击,正在推迟返回。后续公开是神舟二十的舷窗遭到了撞击产生了细微裂纹。这个舷窗是两层耐压+一层耐热玻璃构成,破裂的是外层。

2025年11月14日上午,中国载人航天办公室发布公告,神舟二十号乘组改为乘坐神舟二十一号飞船于当天返回地面,放弃神舟二十号载人返回计划。原来的二十一号航天员另行发射神舟二十二号飞船进行“飞船替换”。

事实上就这点玻璃破损根本就不需要如此大费周章,因为飞船的姿态控制完全可以让这个舷窗在返回时位于飞船轴线的上方,也就是飞船返回时受到气流冲击最少得那个侧面,即使外层耐热玻璃拆除都不会影响返回的安全性。

但这样一来神舟二十号返回过程一点容错都不允许了,因为一旦控制失误或者有误差,就会导致折扇舷窗失效、破裂飞船解体.....后果极为严重!中国技术不好做不到精确控制吗?答案是NO!这种情况是除非没得选,只能这样绝地救援是没问题的,但在有机会可以选择的情况下,我们不允许这种操作。因为此时航天员就会命悬一线,这是对技术太自信,对生命太不尊重!

近些年来美国不断出现这种走钢丝的案例,个案变成经典案例作为参考,这是NASA科学性进步还是美国整体上的退步,我们是否能允许安群系数只有1.0的方案执行?是不是必须要绝对不会一点偏差,或者寄希望于好运。

当然我们更有理由相信,美国可能只是真的被中国逼急了!因为中国在2030年前完成载人登月对美国的压力相当大,而特朗普又是一个处处要赢麻了的总统。所以在他任内击败中国对美国来说有非常特殊的意义。从另一个角度来说,阿尔忒弥斯计划也是美国版的“献礼工程”,绝对不允许错,更不允许拖延,那么问题来了,艾萨克曼是不是美国版的“涅杰林元帅”呢?

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更新时间:2026-01-12

标签:科技   飞船   中国   猎户座   美国   神舟   材料   音速   大气层   气流   高温

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