文 | 青菀杳声闻
编辑 | 青菀杳声闻
前言神舟十八号出发时光鲜亮丽，返回舱落地也备受瞩目，可它却落地后却黑不溜秋的，和刚出发的时候完全是两个样子，甚至有些“惨不忍睹”。
这次飞船返航“翻车”了吗？返回舱被烧黑的问题该如何解决呢？
返回舱
神舟十八号“黑”了返回舱不是从天上“掉”下来的，而是以接近第一宇宙速度（7.9公里/秒）的高速冲进大气层，这速度，想想都刺激。
大气层可不是什么温柔乡，它更像一道“火墙”，返回舱以极快的速度冲进大气层，和空气摩擦产生大量热量，甚至能把钢铁熔化。
这可不是开玩笑的，局部温度能飙升到1000℃以上，比炼钢炉还热，普通的火箭碎片和卫星残骸在这种高温下直接就被烧得一干二净，连渣都不剩。
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那返回舱咋就扛住了呢？秘密武器就是它外面那层特殊的“防护衣”——烧蚀材料和隔热材料。
当返回舱与大气层摩擦产生高温时，这些材料会逐渐脱落、升华，带走大量的热量，就像烈火中的“冰盾”，保护着返回舱内部和航天员的安全。
这就好比古代的攻城战，城墙外面包着一层厚厚的泥土，用来抵御敌人的火攻。
烧蚀材料和隔热材料，就是返回舱的“泥土”，它们用“自毁”的方式，保护着里面的“城池”，那为啥发射的时候不会像返回时那样烧得“焦黑”呢？
这是因为火箭起飞后速度会慢慢加快，飞到大气层边缘时，速度大概能达到3公里每秒，火箭和飞船组合体很重，所以在初始阶段加速比较慢。
发射时，火箭受到的空气摩擦产生的热量并不大，不会把火箭烧黑。
而返回舱就不一样了，它返回时速度极快，而且质量相对较小，与空气的摩擦更加剧烈，产生的热量自然也更大，所以，返回舱“烧黑”是正常现象。
模拟返回舱与空气的摩擦场景
几十年来，烧蚀材料和隔热材料一直是航天器热防护的“主力军”，不过，这些缺点也不少，比如太重、价格高、用一次就扔了。
这些“硬伤”不仅减少了航天器的载货量，还让发射成本更高了。
为了解决这些问题，中美等国都在研发一种更轻、更经济、可重复使用的热防护设备——充气式防热罩，这东西听起来挺科幻的，但实际上道理挺简单的。
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发射时，它会收成像折叠伞那样，节省空间，回来的时候，它会胀成一个大“气囊”，把返回舱整个包住。
这个“气囊”不仅能起到隔热作用，还能增加空气阻力，减缓返回舱的速度，从而降低返回舱与大气层的摩擦产生的热量。
充气式防热罩的好处挺多的：轻便、便宜、还能重复用，而且，由于它能有效减缓返回舱的速度，返回舱的外形设计就不需要过多考虑气动布局，可以更加灵活。
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不过，研发充气式防热罩也遇到了不少难题，比如，它需要在高速冲击下顺利展开并维持外形，还要承受高温的灼烧。
更重要的是，确保它在返回时保持稳定，不翻滚或侧翻，也是个不小的挑战。
2020年，我国用长征五号B火箭发射了一个柔性充气式货物返回舱的试验舱，主要是为了测试这项新技术。
这个试验没完全成功，但我们学到了很多宝贵的经验，美国在这方面的研究也遇到类似的挑战。
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竞相研究的黑科技美国NASA2022年11月成功测试了充气式再入减速系统(LOFTID)，这是一项重要突破，LOFTID直径约6米，在轨道上成功展开并安全返回地球，证明了这项技术的可行性。
类似的测试他们做了不止一次，2012年的IRVE-3试验和2016年的LDSD试验等，这些测试积累了大量实际数据和经验。
NASA还计划在未来火星探测任务中应用这项技术，目标是实现20吨级载荷的火星软着陆。
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他们能这么计划也并不是空谈，因为他们在材料、结构设计、气动控制等方面都取得了重要进展，已经基本掌握了核心技术。
但我国对外宣传公布的情况没有他们这么乐观，除了2020年那次失败的实验，我国航天科技集团五院正在研制直径10米级的充气式防热罩，计划用于未来的载人登月任务。
值得注意的是，我国在材料研究方面取得进展，开发出耐高温的聚酰亚胺薄膜等新型材料。
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经过科研人员的不懈努力，我国已经掌握了充气式防热罩的基本原理和关键技术，只是还差一些实践来检验相关技术是否足够成熟。
我们能发现的问题，国家当然也能发现，于是我国在"十四五"期间开展更多的充气式防热罩试验，为未来深空探测任务做准备。
可暂时来看，美国在充气式防热罩技术上暂时领先于中国，因为美国已经完成了多次成功的飞行测试，而中国目前仅进行了一次试验。
防热罩
美国的技术成熟度更高，已经计划将其应用于实际任务中，他们的充气式防热罩尺寸更大，技术更加先进。
然而，我国在这一领域的发展速度很快，已经掌握了核心技术，正在快速追赶，在材料研究方面有独特优势，有望在某些方面实现突破。
再加上中国航天工业体系完整，有能力进行持续的技术攻关和试验，这样中国计划在未来几年内开展更多试验，有望缩小与美国的差距。
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虽然目前美国在充气式防热罩技术上领先，但考虑到中国航天事业的快速发展和强大的技术攻关能力，未来有望在这一领域实现赶超，两国在这一技术上的竞争与合作，将推动人类深空探测能力的不断提升。
中国航天的目标，是星辰大海，相信不久后，中国航天人会再次创下壮举，把五星红旗带上月球、火星，甚至更远的星球。
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信源：
60秒速览神舟十八号载人飞船返回舱成功着陆 2024-11-04 03:07·新华社
独家视频丨浓缩的精华！280秒回顾神十八发射全过程 2024-04-25 22:51:29来源：央视新闻客户端
NASA试验充气式热防护罩技术 中国载人航天 发布日期: 2009-08-25
