飛船將經(jīng)受高溫考驗(yàn)

鳳凰網(wǎng)科技訊 北京時(shí)間4月10日，據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道，在成功完成繞月飛行后，“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的宇航員們?nèi)缃裰荒芤蕾?lài)一塊存在缺陷的隔熱罩，在重返地球大氣層時(shí)保護(hù)他們的安全。這可能是整個(gè)任務(wù)中最危險(xiǎn)的階段。

就連美國(guó)宇航局(NASA)也承認(rèn)，“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的隔熱罩存在缺陷。

隔熱罩是飛船底部的關(guān)鍵防護(hù)層，用于在返回地球大氣層時(shí)抵御極高溫度，保護(hù)航天器本身以及艙內(nèi)宇航員。如果隔熱罩失效，下方的金屬結(jié)構(gòu)可能會(huì)熔化、破裂并解體。

而且，它沒(méi)有備用方案，宇航員也沒(méi)有任何逃生途徑。

然而，NASA官員仍然表示，盡管已知隔熱罩存在缺陷，“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的四名宇航員在周五晚間以接近每小時(shí)2.4萬(wàn)英里(約合3.86萬(wàn)公里)的速度返回地球時(shí)，仍將能夠安全、狀態(tài)良好地抵達(dá)地面，從而完成為期10天的繞月往返任務(wù)。

NASA局長(zhǎng)賈里德·艾薩克曼(Jared Isaacman)在1月份接受采訪時(shí)表示，對(duì)隔熱罩材料的廣泛分析和測(cè)試“讓我們確信我們有充足的安全余量來(lái)執(zhí)行這次任務(wù)”。

災(zāi)難概率5%？

然而，NASA前宇航員、隔熱罩專(zhuān)家查理·卡馬爾達(dá)(Charlie Camarda)表示，NASA根本就不應(yīng)該發(fā)射執(zhí)行“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)。

他指出，NASA對(duì)隔熱罩可能失效的概率認(rèn)識(shí)不足。雖然這次任務(wù)目前進(jìn)展順利，但仍可能以宇航員死亡告終。

“我會(huì)祈禱平安無(wú)事?！彼凇鞍栠瘡浰苟?hào)”發(fā)射前幾天接受采訪時(shí)表示。

卡馬爾達(dá)判斷，宇航員安全返回的概率約為95%，但這也意味著災(zāi)難發(fā)生的概率為1/20。相比之下，國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)計(jì)算的商業(yè)航空事故死亡概率約為900萬(wàn)分之一。

技術(shù)人員正在檢查“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的隔熱罩

他與NASA分歧的核心在于：當(dāng)無(wú)法獲得一個(gè)確定、完美的答案時(shí)，到底需要多少程度的確定性。

在2022年NASA執(zhí)行的“阿爾忒彌斯一號(hào)”無(wú)人繞月任務(wù)期間，名為“獵戶(hù)座”的飛船在重返大氣層后幸存下來(lái)。如果當(dāng)時(shí)艙內(nèi)有宇航員，他們也不會(huì)察覺(jué)到任何異常。

但是，當(dāng)飛船從海洋中被撈起時(shí)，隔熱罩(與阿爾忒彌斯二號(hào)飛船上的設(shè)計(jì)相同)布滿了坑洞，并出現(xiàn)了較大塊的材料缺失。

隨后，NASA進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)幾年的調(diào)查。NASA官員表示，他們的分析評(píng)估了在最壞情況下可能發(fā)生的情況。他們稱(chēng)，這些分析結(jié)果，加上對(duì)阿爾忒彌斯二號(hào)宇航員返回地球時(shí)再入路徑的調(diào)整，為任務(wù)提供了充足的安全余量。

“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的機(jī)組人員清楚這次飛行的風(fēng)險(xiǎn)以及NASA如何應(yīng)對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)。“阿爾忒彌斯二號(hào)”指令長(zhǎng)里德·懷斯曼(Reid Wiseman)在去年9月表示：“我們實(shí)際上參與了飛船建造的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從始至終都在現(xiàn)場(chǎng)?！?/p>

然而，卡馬爾達(dá)博士則反駁說(shuō)，NASA仍然未能理解“阿爾忒彌斯一號(hào)”任務(wù)期間所發(fā)生情況的基本物理原理，因此無(wú)法真正說(shuō)明最壞情況可能是什么。

NASA官員一直在淡化隔熱罩的相關(guān)擔(dān)憂。在2024年1月的一次新聞發(fā)布會(huì)上，現(xiàn)任NASA副局長(zhǎng)阿米特·克沙特里亞(Amit Kshatriya)表示，“阿爾忒彌斯一號(hào)”的隔熱罩出現(xiàn)了“我們需要確保完全理解的意外現(xiàn)象”。但他同時(shí)表示，從熱防護(hù)角度來(lái)看，其表現(xiàn)“非常良好”。

缺陷原因

“阿爾忒彌斯一號(hào)”隔熱罩的照片一直未向公眾公開(kāi)，直到2024年5月出現(xiàn)在NASA監(jiān)察長(zhǎng)(一個(gè)獨(dú)立監(jiān)督機(jī)構(gòu))的一份報(bào)告中。

隔熱罩由一種名為Avcoat的材料制成，與50多年前阿波羅計(jì)劃期間使用的材料類(lèi)似。按照它的設(shè)計(jì)原理，當(dāng)它吸收重返大氣層時(shí)的熱量時(shí)，會(huì)逐漸碳化并燒蝕掉，從而阻止熱量傳遞到飛船的其余部分。

但是在對(duì)“阿爾忒彌斯一號(hào)”隔熱罩調(diào)查時(shí)，工程師們得出結(jié)論：在隔熱罩的某些部分內(nèi)部，氣體積聚，使得壓力產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致大塊Avcoat材料突然脫落，而不是像設(shè)計(jì)預(yù)期地那樣平穩(wěn)、緩慢地?zé)g。

“阿爾忒彌斯一號(hào)”隔熱罩受損

對(duì)于未來(lái)任務(wù)，NASA已修改了Avcoat的配方，使其更具多孔性，以便讓內(nèi)部困住的氣體能夠排出。

然而，“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)卻仍使用原始配方，因?yàn)槭褂迷寂浞降母魺嵴忠呀?jīng)制造完成并安裝到了“獵戶(hù)座”飛船上，更換隔熱罩或整個(gè)飛船將使發(fā)射計(jì)劃進(jìn)一步推遲。

折衷辦法

因此，NASA工程師們想出了一個(gè)辦法：采用更陡峭、更短的再入大氣層軌跡，將最大限度地縮短飛船承受高溫的時(shí)間，并有助于確保宇航員的安全。

丹·拉斯基(Dan Rasky)是一位隔熱罩工程師，去年12月從NASA退休，他與卡馬爾達(dá)博士一樣，反對(duì)NASA的這一決定。

“我來(lái)打個(gè)比方，”他說(shuō)，“如果你在高速公路上開(kāi)車(chē)，輪胎開(kāi)始一塊一塊地脫落，你是繼續(xù)開(kāi)下去，祈禱沒(méi)事？還是因?yàn)閾?dān)心爆胎而靠邊停車(chē)換輪胎？”

“阿爾忒彌斯一號(hào)”隔熱罩材料脫落

他表示，不對(duì)隔熱罩做任何更換就直接執(zhí)行“阿爾忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的決定“并不明智”，“事實(shí)上，這是魯莽的”。

如果“阿爾忒彌斯二號(hào)”的隔熱罩表現(xiàn)得與“阿爾忒彌斯一號(hào)”所用的一樣好，宇航員們將順利濺落在太平洋上。

前車(chē)之鑒

但是，這種情況令人不安地讓人想起NASA歷史上最糟糕的兩天：1986年1月28日，“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)在升空73秒后解體。2003年2月1日，“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)在從軌道返回大氣層途中墜毀。

在這兩起事故中，航天飛機(jī)在此前的飛行中其實(shí)就出現(xiàn)過(guò)預(yù)警信號(hào)，但NASA管理層錯(cuò)誤地將“此前任務(wù)順利完成”當(dāng)作安全依據(jù)，從而產(chǎn)生了錯(cuò)誤的安全感，而沒(méi)有以足夠的緊迫性去解決問(wèn)題，最終導(dǎo)致宇航員遇難。

如今，“阿爾忒彌斯二號(hào)”及其存在缺陷的隔熱罩面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是：裂縫是否會(huì)以災(zāi)難性的速度形成并擴(kuò)展？

然而，精確計(jì)算這種可能性極其困難。要想模擬太空艙底部周?chē)諝夥肿拥母叱羲倭鲃?dòng)，即使是最快的計(jì)算機(jī)也會(huì)感到吃力。對(duì)于隔熱罩而言，還必須考慮其他復(fù)雜現(xiàn)象：空氣分子壓縮產(chǎn)生的熱流，以及Avcoat材料中裂縫如何形成和擴(kuò)展這一難以預(yù)測(cè)的過(guò)程，有時(shí)這種開(kāi)裂是突然發(fā)生的。

“如果是我，我會(huì)選擇暫停任務(wù)，”卡馬爾達(dá)博士說(shuō)，“我會(huì)組建一個(gè)團(tuán)隊(duì)，建立真正的分析能力，將所有的基礎(chǔ)物理原理都納入其中。”

另一位前美國(guó)宇航局宇航員、具有材料特性專(zhuān)業(yè)知識(shí)的科學(xué)家丹尼·奧利瓦斯(Danny Olivas)表示，這并不是NASA已經(jīng)做到的事情。

“卡馬爾達(dá)說(shuō)得百分之百正確，”奧利瓦斯博士說(shuō)，“我們還沒(méi)有一個(gè)基于物理原理的模型來(lái)解釋這個(gè)問(wèn)題。由于這種材料的行為特性，這既不現(xiàn)實(shí)，也幾乎不可能做到?！?/p>

但奧利瓦斯博士表示，他最初也對(duì)帶著已知缺陷發(fā)射“阿爾忒彌斯二號(hào)”心存疑慮，但最終對(duì)NASA進(jìn)行的分析感到安心。

與卡馬爾達(dá)不同，奧利瓦斯博士曾受NASA委托，對(duì)其調(diào)查進(jìn)行獨(dú)立技術(shù)審查，并建議組建一個(gè)更大規(guī)模的外部專(zhuān)家小組，而NASA也采納了這一建議。

奧利瓦斯博士表示，NASA的模擬假設(shè)認(rèn)為：如果某個(gè)Avcoat單元塊內(nèi)部的溫度上升到一定水平，它就會(huì)開(kāi)裂；而如果開(kāi)裂，一層Avcoat材料就會(huì)從整個(gè)單元塊上脫落。這將形成一個(gè)空腔，其中的加熱會(huì)加速，然后另一層材料又會(huì)脫落。

奧利瓦斯博士稱(chēng)，即使在這種“不樂(lè)觀”的假設(shè)下，針對(duì)多種再入情景進(jìn)行的反復(fù)模擬發(fā)現(xiàn)，隔熱罩仍有足夠部分保持完好，飛船也將幸存下來(lái)。

另外一項(xiàng)分析考察了如果一整塊 Avcoat 材料脫落會(huì)發(fā)生什么情況。分析得出結(jié)論，隔熱罩下方由碳纖維和鈦制成的結(jié)構(gòu)將在重返大氣層過(guò)程中保持乘員艙完好無(wú)損。

奧利瓦斯博士指出，NASA的工程師們非常配合?！拔铱梢愿嬖V你的是，每一次我和別人交談，他們腦海里都時(shí)刻想著哥倫比亞號(hào)，”他說(shuō)，“他們很感激我推動(dòng)他們，很感激我質(zhì)疑他們，也很感激我迫使他們從根本上證明這件事。”

他還表示，自己試圖為那些可能因?yàn)楹ε翹ASA領(lǐng)導(dǎo)層而不敢提出自己擔(dān)憂的異議者提供一個(gè)渠道聯(lián)系他，但他沒(méi)有收到任何人的反饋。

奧利瓦斯博士表示，這與他在哥倫比亞號(hào)失事后所遭遇的文化氛圍截然不同。

今年1月，NASA局長(zhǎng)艾薩克曼邀請(qǐng)奧利瓦斯博士和卡馬爾達(dá)博士參加了一場(chǎng)為期一天的技術(shù)演示會(huì)。在會(huì)上，NASA工程師們解釋了使用存在缺陷的隔熱罩的理由。

但是，卡馬爾達(dá)博士并未被說(shuō)服?！癗ASA根本沒(méi)有數(shù)據(jù)能證明這是安全的，”他說(shuō)，“我意識(shí)到他們使用的仍然是同樣有缺陷的思維方式和粗糙的分析工具，與哥倫比亞號(hào)、挑戰(zhàn)者號(hào)時(shí)期類(lèi)似?！?/p>

然而，對(duì)于奧利瓦斯博士來(lái)說(shuō)，那次會(huì)議打消了他最后僅存的幾點(diǎn)顧慮。他給“阿爾忒彌斯二號(hào)”指令長(zhǎng)懷斯曼發(fā)了一條短信，表示他相信NASA已經(jīng)很好地降低了“阿爾忒彌斯二號(hào)”機(jī)組人員所面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

“如果我不是真心這么認(rèn)為，出于對(duì)他們或其家人的尊重，我也不會(huì)那樣告訴他們，”奧利瓦斯博士說(shuō)，“我絕不會(huì)為了NASA的利益而草率放行。”(作者/簫雨)

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