美探月飞船迎来凶险返程：缺陷隔热罩引发担忧，灾难概率5%？
飞船将经受高温考验
凤凰网科技讯 北京时间4月10日，据《纽约时报》报道，在成功完成绕月飞行后，“阿尔忒弥斯二号”任务的宇航员们如今只能依赖一块存在缺陷的隔热罩，在重返地球大气层时保护他们的安全。这可能是整个任务中最危险的阶段。
就连美国宇航局(NASA)也承认，“阿尔忒弥斯二号”任务的隔热罩存在缺陷。
隔热罩是飞船底部的关键防护层，用于在返回地球大气层时抵御极高温度，保护航天器本身以及舱内宇航员。如果隔热罩失效，下方的金属结构可能会熔化、破裂并解体。
而且，它没有备用方案，宇航员也没有任何逃生途径。
然而，NASA官员仍然表示，尽管已知隔热罩存在缺陷，“阿尔忒弥斯二号”任务的四名宇航员在周五晚间以接近每小时2.4万英里(约合3.86万公里)的速度返回地球时，仍将能够安全、状态良好地抵达地面，从而完成为期10天的绕月往返任务。
NASA局长贾里德·艾萨克曼(Jared Isaacman)在1月份接受采访时表示，对隔热罩材料的广泛分析和测试“让我们确信我们有充足的安全余量来执行这次任务”。
灾难概率5%？
然而，NASA前宇航员、隔热罩专家查理·卡马尔达(Charlie Camarda)表示，NASA根本就不应该发射执行“阿尔忒弥斯二号”任务。
他指出，NASA对隔热罩可能失效的概率认识不足。虽然这次任务目前进展顺利，但仍可能以宇航员死亡告终。
“我会祈祷平安无事。”他在“阿尔忒弥斯二号”发射前几天接受采访时表示。
卡马尔达判断，宇航员安全返回的概率约为95%，但这也意味着灾难发生的概率为1/20。相比之下，国际航空运输协会计算的商业航空事故死亡概率约为900万分之一。
技术人员正在检查“阿尔忒弥斯二号”任务的隔热罩
他与NASA分歧的核心在于：当无法获得一个确定、完美的答案时，到底需要多少程度的确定性。
在2022年NASA执行的“阿尔忒弥斯一号”无人绕月任务期间，名为“猎户座”的飞船在重返大气层后幸存下来。如果当时舱内有宇航员，他们也不会察觉到任何异常。
但是，当飞船从海洋中被捞起时，隔热罩(与阿尔忒弥斯二号飞船上的设计相同)布满了坑洞，并出现了较大块的材料缺失。
随后，NASA进行了长达几年的调查。NASA官员表示，他们的分析评估了在最坏情况下可能发生的情况。他们称，这些分析结果，加上对阿尔忒弥斯二号宇航员返回地球时再入路径的调整，为任务提供了充足的安全余量。
“阿尔忒弥斯二号”任务的机组人员清楚这次飞行的风险以及NASA如何应对这些风险。“阿尔忒弥斯二号”指令长里德·怀斯曼(Reid Wiseman)在去年9月表示：“我们实际上参与了飞船建造的每一个环节，从始至终都在现场。”
然而，卡马尔达博士则反驳说，NASA仍然未能理解“阿尔忒弥斯一号”任务期间所发生情况的基本物理原理，因此无法真正说明最坏情况可能是什么。
NASA官员一直在淡化隔热罩的相关担忧。在2024年1月的一次新闻发布会上，现任NASA副局长阿米特·克沙特里亚(Amit Kshatriya)表示，“阿尔忒弥斯一号”的隔热罩出现了“我们需要确保完全理解的意外现象”。但他同时表示，从热防护角度来看，其表现“非常良好”。
缺陷原因
“阿尔忒弥斯一号”隔热罩的照片一直未向公众公开，直到2024年5月出现在NASA监察长(一个独立监督机构)的一份报告中。
隔热罩由一种名为Avcoat的材料制成，与50多年前阿波罗计划期间使用的材料类似。按照它的设计原理，当它吸收重返大气层时的热量时，会逐渐碳化并烧蚀掉，从而阻止热量传递到飞船的其余部分。
但是在对“阿尔忒弥斯一号”隔热罩调查时，工程师们得出结论：在隔热罩的某些部分内部，气体积聚，使得压力产生裂缝，导致大块Avcoat材料突然脱落，而不是像设计预期地那样平稳、缓慢地烧蚀。
“阿尔忒弥斯一号”隔热罩受损
对于未来任务，NASA已修改了Avcoat的配方，使其更具多孔性，以便让内部困住的气体能够排出。
然而，“阿尔忒弥斯二号”任务却仍使用原始配方，因为使用原始配方的隔热罩已经制造完成并安装到了“猎户座”飞船上，更换隔热罩或整个飞船将使发射计划进一步推迟。
折衷办法
因此，NASA工程师们想出了一个办法：采用更陡峭、更短的再入大气层轨迹，将最大限度地缩短飞船承受高温的时间，并有助于确保宇航员的安全。
丹·拉斯基(Dan Rasky)是一位隔热罩工程师，去年12月从NASA退休，他与卡马尔达博士一样，反对NASA的这一决定。
“我来打个比方，”他说，“如果你在高速公路上开车，轮胎开始一块一块地脱落，你是继续开下去，祈祷没事？还是因为担心爆胎而靠边停车换轮胎？”
“阿尔忒弥斯一号”隔热罩材料脱落
他表示，不对隔热罩做任何更换就直接执行“阿尔忒弥斯二号”任务的决定“并不明智”，“事实上，这是鲁莽的”。
如果“阿尔忒弥斯二号”的隔热罩表现得与“阿尔忒弥斯一号”所用的一样好，宇航员们将顺利溅落在太平洋上。
前车之鉴
但是，这种情况令人不安地让人想起NASA历史上最糟糕的两天：1986年1月28日，“挑战者号”航天飞机在升空73秒后解体。2003年2月1日，“哥伦比亚号”航天飞机在从轨道返回大气层途中坠毁。
在这两起事故中，航天飞机在此前的飞行中其实就出现过预警信号，但NASA管理层错误地将“此前任务顺利完成”当作安全依据，从而产生了错误的安全感，而没有以足够的紧迫性去解决问题，最终导致宇航员遇难。
如今，“阿尔忒弥斯二号”及其存在缺陷的隔热罩面临的关键问题是：裂缝是否会以灾难性的速度形成并扩展？
然而，精确计算这种可能性极其困难。要想模拟太空舱底部周围空气分子的高超音速流动，即使是最快的计算机也会感到吃力。对于隔热罩而言，还必须考虑其他复杂现象：空气分子压缩产生的热流，以及Avcoat材料中裂缝如何形成和扩展这一难以预测的过程，有时这种开裂是突然发生的。
“如果是我，我会选择暂停任务，”卡马尔达博士说，“我会组建一个团队，建立真正的分析能力，将所有的基础物理原理都纳入其中。”
另一位前美国宇航局宇航员、具有材料特性专业知识的科学家丹尼·奥利瓦斯(Danny Olivas)表示，这并不是NASA已经做到的事情。
“卡马尔达说得百分之百正确，”奥利瓦斯博士说，“我们还没有一个基于物理原理的模型来解释这个问题。由于这种材料的行为特性，这既不现实，也几乎不可能做到。”
但奥利瓦斯博士表示，他最初也对带着已知缺陷发射“阿尔忒弥斯二号”心存疑虑，但最终对NASA进行的分析感到安心。
与卡马尔达不同，奥利瓦斯博士曾受NASA委托，对其调查进行独立技术审查，并建议组建一个更大规模的外部专家小组，而NASA也采纳了这一建议。
奥利瓦斯博士表示，NASA的模拟假设认为：如果某个Avcoat单元块内部的温度上升到一定水平，它就会开裂；而如果开裂，一层Avcoat材料就会从整个单元块上脱落。这将形成一个空腔，其中的加热会加速，然后另一层材料又会脱落。
奥利瓦斯博士称，即使在这种“不乐观”的假设下，针对多种再入情景进行的反复模拟发现，隔热罩仍有足够部分保持完好，飞船也将幸存下来。
另外一项分析考察了如果一整块 Avcoat 材料脱落会发生什么情况。分析得出结论，隔热罩下方由碳纤维和钛制成的结构将在重返大气层过程中保持乘员舱完好无损。
奥利瓦斯博士指出，NASA的工程师们非常配合。“我可以告诉你的是，每一次我和别人交谈，他们脑海里都时刻想着哥伦比亚号，”他说，“他们很感激我推动他们，很感激我质疑他们，也很感激我迫使他们从根本上证明这件事。”
他还表示，自己试图为那些可能因为害怕NASA领导层而不敢提出自己担忧的异议者提供一个渠道联系他，但他没有收到任何人的反馈。
奥利瓦斯博士表示，这与他在哥伦比亚号失事后所遭遇的文化氛围截然不同。
今年1月，NASA局长艾萨克曼邀请奥利瓦斯博士和卡马尔达博士参加了一场为期一天的技术演示会。在会上，NASA工程师们解释了使用存在缺陷的隔热罩的理由。
但是，卡马尔达博士并未被说服。“NASA根本没有数据能证明这是安全的，”他说，“我意识到他们使用的仍然是同样有缺陷的思维方式和粗糙的分析工具，与哥伦比亚号、挑战者号时期类似。”
然而，对于奥利瓦斯博士来说，那次会议打消了他最后仅存的几点顾虑。他给“阿尔忒弥斯二号”指令长怀斯曼发了一条短信，表示他相信NASA已经很好地降低了“阿尔忒弥斯二号”机组人员所面临的风险。
“如果我不是真心这么认为，出于对他们或其家人的尊重，我也不会那样告诉他们，”奥利瓦斯博士说，“我绝不会为了NASA的利益而草率放行。”(作者/箫雨)
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(来源：新浪科技)
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