中国航天落后了吗？美国抢在前面设计的充气防护罩，到底是什么？

载人航天里边的人总有回到地球的一天，在进入地球大气层时，返回舱外部与大气层发生剧烈摩擦，产生2000度的高温。

这么高的温度，连进入地球大气层的行星碎片都能烧化了。可是，返回舱里边还装着航天员啊！因此，返回舱内部的温度不能随着外壳升高，还要保持在30度左右，以免损害航天员的身体。

这里要出场的就是我们今天高科技的主角——充气式再入减速系统，比我国目前用的防热大底更先进，美国NASA已经测试成功，我国也正在加紧研制中。

(资料图片仅供参考)

有了防热底，为什么还要费劲研究充气“防护罩”？

2000度高温的难题是因为返回舱与大气层摩擦，那么，我们把返回舱做得光滑点，让它来个丝滑入场不就行了？

返回舱刚刚进入大气层时的速度能达到11.2公里/秒，要真是像水上乐园滑梯似的，唰一下落地，航天员恐怕更加悲剧。因此，返回舱的速度全凭与大气层充分摩擦才能减下来，这份摩擦还非得保留不可。

于是什么样的防护罩能更好地保护返回舱和宇航员，是从阿波罗系列开始就困扰科学家们的大问题。

从上个世纪六十年代开始，人类开始向太空进发，传统却可靠的返回舱防护罩设计，也是从此时一直沿用下来。

首先是返回舱的底部设计成锥形或钟形，外加一张厚厚的隔热盾，最外边涂上烧蚀材料。锥形或钟形的结构在进入大气层时压缩空气，先形成一张空气构成的空气盾。随后，烧蚀材料在高温下融化、蒸发或分解，通过这些变化来带走大量热量。最后，就是靠隔热盾皮糙肉厚，硬刚高温了。

从阿波罗系列，到我国的神舟系列、俄罗斯的联盟号还有美国的猎户座系列，都采用了类似的解决方案。

目前来看，传统的层层包裹式防护罩运作良好，能够成功保证宇航员的生命安全。然而从长远来看，还是有不少需要改进的地方。

最大的问题，就是这种防护罩太重了。火箭要是额外装了东西，和快递一样，按公斤计费。目前报价最便宜的商用火箭是SpaceX的猎鹰9号，每公斤载荷报价2719美元。

返回舱的防护罩每轻一公斤，等于为航天事业节约了上千美元啊。

而且，如果需要用防护罩把返回舱整个包裹起来，对返回舱的外形和防护罩的外形都有硬性要求，要是有什么不配套的，后果不堪设想。

还有，护罩本身也不便宜。最外层的烧蚀材料是一次性的，烧光了就没了。一公斤烧蚀材料的价格也达到8000元，本质上就是烧钱啊。

最重要的是，这种防护罩只能隔热，在返回舱落地的时候并没有什么作用。返回舱要平安降落，还是要靠减速伞和反冲火箭来紧急降速。

为了解决传统防护罩的种种缺陷，今年11月，美国的NASA宣布自己弯道超车，设计了一种“充气式再入减速器”，并且实验成功了。这种“充气包”成功地保护了返回舱，并且降落在预定地点。

“充气式”的防护罩，如何起到防护作用？

不过，这种所谓的充气式，听着轻飘飘、软绵绵的，到底靠谱吗？为什么中美两国都在抢着做实验？

简而言之，充气式防护罩就像能揣在口袋里的小棉袄。不需要的时候好好收纳在飞船内部，当返回舱离开轨道，准备进入大气层时，再膨胀起来，牢牢包裹住返回舱。这种防护罩不仅体积小、重量轻，还能在隔热之外，依靠自己的庞大体积，为飞船提供减速所需的阻力。

更妙的是，这种防护罩既然可以折叠再打开，那么打开之后自然也可以折叠起来，反复使用。

这种技术的理念并不算新潮。早在六十年代，美国已经提出了类似的想法。然而理想很丰满，现实很骨感。在美国和苏联进行疯狂的太空竞赛的时候，两个超级大国仍然谁也没能把这项技术研发出来。

冷战结束，直到2009年，NASA又开始实验自己的充气式防护罩。在今年，NASA宣布实验成功。从提出这个理念算起，六十年已经过去了。

这是因为，越是完美无缺的设计，越是需要面面俱到的规划和研究，在这背后是一代代科学家呕心沥血。

首先，充气式最重要的是充“气”。可是进入大气层之前，返回舱是在太空里的，一点气也没有啊！

所以，要使用充气式防护罩，就需要飞船上天的时候先带上压缩气体。带哪种气体，这可是很讲究的。第一个要排出最易获得的空气。

因为空气是多种气体混合而成，说不定还含有什么杂质，成分难以控制。而且空气含氧量太高 ，一旦摩擦起火，充了大量氧气的防护罩妥妥是火上浇油啊。

因此，充进去的气体只能是氮气或者氦气这样性质稳定的气体。可是，这些压缩气体放在哪里，什么时候、怎么充进防护罩，仍然是一系列复杂的工程学问题。

其次，充气式防护罩要用什么材料制作。这种材料首先要轻、要软，要便于收纳和展开，但是又要足够结实，不能被各种太空碎片刺破，当然还必须要耐得住高温。

目前由NASA公布的防护罩组成材料已经有十多种。最外边还是要有多种有机物构成的烧蚀材料涂层，然后是凯夫拉纤维、碳纤维、耐热纤维等等多种复合纤维编制而成的主体，里边还要有隔热层。

最后，这个防护罩何时展开，展开之后怎么撑起来，撑起来之后的形状如何改变了返回舱的空气动力学，如何在这样的情况下保证返回舱下落的路线，这些问题都需要海量实验作为支撑。

能把这么复杂的装置设计出来，并且实验成功，堪称是航天史上一个了不起的进步。不管是哪个国家首先完成，从全人类的角度来看，都值得所有航天爱好者高兴。

我国也在2020年测试了自己的充气式返回舱，可惜在返回降落的过程中发生了异常，实验没有成功。从这一点来看，美国确实走在了我们前边。

在科研领域，失败并不可怕，可怕的是缺少敢于尝试的勇气。面对这样高端的科学技术，我国科学家已经迈出了第一步，那么就不愁之后的第二、三、四……步啦。

关键词： 压缩气体 最重要的是 六十年代

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