奇妙的柔性返回艙

楊小文軍

北京時間2020年5月5日18時，中國長征五號乙（CZ-5B）火箭上天啦！這件中國航天界的大事兒，估計小讀者都有耳聞。可是你知道嗎？跟隨它上天的，還有新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙，后者又被稱為柔性返回艙。它是什么呢？

為什么要“返回”

上了天的飛船，有時一去不返，有時卻得返回地球——盡管比例不大。這些需要返回的飛船，或帶著樣品，或帶著航天員......總之，要返回地球，上天時飛船里就需要預先帶一個東西，那就是返回艙。

從地球飛到太空非常難，需要巨大的火箭幫忙推一把，這是為了克服地球引力。但是，從太空再返回地球，也不是一件容易的事情。也許你要說了：飛回來，靠地球引力就行，有什么難的？其實，沒那么簡單。飛船進入大氣層后，速度極快，保持在每秒鐘10千米左右，和大氣層摩擦生熱，溫度會瞬間超過1000°C，簡直就是一團紅通通的火球。所以，對于返回艙，就有許多要求：耐高溫、保溫、堅固......

為什么要“柔性”

為了達到這些要求，傳統的返回艙往往都是用金屬制成的，外殼硬邦邦的，下面有厚厚的隔熱層，表面還要涂抹厚厚的耐熱層。

而從外形上看，返回艙以錐形為主。

1969年，美國阿波羅11號登月，三名航天員返回地球，乘坐的就是典型的硬性錐形返回艙。進入大氣層后，它大頭朝下，外面燒得通紅，憑借巨大的降落傘，掉進海里。

一直到今天，不管是人還是物返回地球，借助的基本上都是同樣的返回艙，使用的也是同樣的返回模式。但是，這種返回艙存在許多問題，比如它又重又大、發射成本高、只能使用一次等。

正是由于傳統返回艙種種不理想的地方，多年前各國科學家就紛紛提出柔性返回艙的概念。不過，受當時材料的制約，一直沒能實施。直到近年來，柔性返回艙的研究才取得不少進展。在科學家眼中，它在進入大氣層以前，就可以充氣，隨即展開整個外形。而在這之前，它的體積很小，整個重量也很輕。在航天領域，輕和重，是一個非常重要的指標，決定了發射成本。同時，它又具有耐高溫的特性，還能重復使用，非常有前途。

如何“優雅”地柔性返回

柔性返回艙是充氣的，充什么氣體？這其中大有講究。易燃易爆氣體肯定不行。空氣呢？也不行，因為空氣的含氧量為21%，在超過1000°C的條件下是很危險的。過去，科學家在試驗時充過氦氣，也有用氮氣的，效果都不錯，以后應該還會繼續沿用這兩種氣體。

在材料方面，科學家考慮使用強度更好的復合纖維材料來制造外罩，其強度可以達到鋼材的15倍，同時能做到在超過1000°C的條件下不變形。此外，也有一些科學家在研制一種新型耐熱材料，它受熱后就會自我蒸發，在蒸發過程中帶走熱量，減少對柔性返回艙的燒損。

在實際操作方面，目前國際上已經進行過試驗的柔性返回艙最大直徑為6米，下一步試驗，直徑有可能還要擴大。今后，變大一些的柔性返回艙會試著將火箭發動機帶回地球，因為火箭發動機非常昂貴。這次，我國試驗柔性返回艙意義重大，這是趕超先進技術的開始，也是重要的第一步。這次，長征五號乙火箭試驗用的柔性返回艙，直徑約3米，高約1.5米，呈倒錐形。

據報道，這次隨長征五號乙火箭上天的柔性返回艙在返回過程中，出現了異常。出現了什么異常？尚無報道。目前專家們正在研究，相信不久后會有結果。對于一個新生事物，出現異常是正常現象，科學探索本身就曲折迂回，沒有一帆風順的。根據以往試驗的經驗，出現異常的原因可能是摩擦產生高溫、表面破裂或軟化、粘結處斷開，以及所充氣體是否適宜等問題。