美国华盛顿NASA总部,一间被称为“项目审查中心”的会议室里,气氛凝重。
此时,距离“阿尔忒弥斯2号”(Artemis II)计划发射,仅剩四周。这将是半个世纪以来,人类再次尝试载人绕月飞行。4名宇航员已经整装待发,但横在他们与死亡之间的一道屏障——飞船底部的隔热盾,仍笼罩在质疑的阴影中。
就在圣诞节前几天,刚刚宣誓就职的NASA新任局长贾里德·艾萨克曼,做了一个打破常规的决定。他不仅召集了NASA最顶尖的工程师,还把两名曾经公开炮轰NASA“草菅人命”的前宇航员请进了会议室,外加两名记者旁听。
这是一场长达3小时的“技术审判”。核心议题只有一个:如果不更换那块在上次任务中表现糟糕的隔热盾,我们真的敢把人送上去吗?
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“憋气”的材料
问题的根源要追溯到2022年。当时,“猎户座”飞船进行了第一次无人绕月测试。当飞船以32倍音速冲回地球大气层时,原本应该保护船体的隔热盾出现了异常。
这块隔热盾由186块名为“Avcoat”的材料拼接而成。它的工作原理叫“烧蚀”,你可以把它想象成一种高科技蜡烛,通过自身受热分解、融化带走热量,从而保护内部结构。
但在上次返回后,工程师们发现,这块“蜡烛”并没有均匀融化,而是像老旧房屋的墙皮一样,大块大块地剥落,甚至留下了坑坑洼洼的缺口。
经过两年的“刑侦”式调查,NASA终于找到了元凶:这种材料太致密了,完全不透气。
当飞船重返大气层,面对接近2700摄氏度的高温时,材料内部会产生气体。这些气体排不出去,就在材料内部“乱窜”,最终像高压锅爆炸一样,把隔热材料崩碎。
既然找到了病根,换一种透气的材料不就行了?
不行。新的隔热盾虽然在造了,但那是给下一次任务准备的。如果现在要把这艘已经组装好的飞船拆开重装,不仅工期要延误数年,拆装过程中还可能引入新的、未知的致命故障。
摆在局长艾萨克曼面前的选择非常残酷:要么延期,让百亿美元的投资在仓库里吃灰;要么就用这块有缺陷的盾,硬着头皮飞。
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换不了盾,那就换“路”
会议室里,休斯顿的工程团队亮出了他们的第一张底牌:如果不能改变飞船的硬件,那就改变飞船回家的路。
他们设计了一条全新的返回轨道。
在上次任务中,飞船在大气层中“慢火烘烤”了14分钟,这给了气体充足的时间在隔热盾内部积聚压力。而在新的方案里,飞船将以更陡峭的角度插入大气层。
这听起来很反直觉——飞得更陡,意味着瞬间摩擦产生的热量更高。但好处是,穿越危险区域的时间被压缩到了8分钟。
就像手指划过蜡烛火焰,只要速度够快,就不会被烫伤。严密的电弧风洞测试证明,虽然峰值温度略高,但在这种“快进快出”的模式下,气体来不及积聚足够的压力去崩碎材料。
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“万一我们全错了呢?”
真正的杀手锏还在后面。
即使有了新的轨道方案,坐在会议室里的批评者们依然眉头紧锁。曾执行过两次航天飞机任务的丹尼·奥利瓦斯(Danny Olivas)就是其中之一,他深知在太空中,运气是最不靠谱的东西。
于是,NASA工程师抛出了那个没人愿意公开讨论,但在内部被称为“损伤容限评估”的终极测试。通俗点说,这个测试的名字叫——“万一我们全错了”。
工程师们拿出了飞船的底座结构,那是隔热盾剥落后,直接暴露出来的复合材料层。他们模拟了一个最极端的地狱场景:假设隔热盾大面积失效,大块材料在重返大气层时彻底脱落,直接让飞船的“骨架”面对高温冲击。
他们在实验室里用高能热源对着这些裸露的骨架狂轰滥炸,持续时间从10秒一直加到10分钟。
这层复合材料底座原本的设计耐受温度是260摄氏度。而在上次隔热盾掉渣最严重的情况下,实测传递到底座的温度也只有71摄氏度。而在更极端的“裸奔”测试中,飞船的骨架依然保持了结构完整,没有烧穿,没有变形。
一名工程师指着数据说:“哪怕是在最糟糕的情况下,飞船也能保持水密性,安全降落在太平洋上。”
这句话翻译过来就是:即便外面的“防弹衣”碎了,里面的“肌肉”也足够硬,扛得住子弹。
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信任的重建
长达三小时的数据轰炸结束了。
那个曾经最坚定的反对者奥利瓦斯,态度发生了180度大转弯。他看完了所有那些未曾公开的各种极端工况测试数据,对艾萨克曼说,他现在的疑虑消除了,如果让他坐这艘飞船,他愿意去。
另一位持批评态度的老派宇航员查尔斯·卡马达,虽然嘴上还在抱怨NASA早些年不够重视研究,但在看到如此详尽的底线测试后,也不再坚持反对发射。
四名即将把性命托付给这艘飞船的宇航员,早已在这些文件上签了字。尤其是指令长里德·怀斯曼,他从最初的怀疑到如今的坚定,正是被这些被称为“飞行原理依据”(Flight Rationale)的厚厚数据所说服。
会议结束时,艾萨克曼显得很平静。这艘飞船并不完美,如果时光倒流,他们肯定会设计一种会“呼吸”的隔热盾。但在物理学和工程学的极限拉锯中,他们找到了那条安全的窄门。
人类探索太空,从来不是因为我们已经准备得万无一失,而是因为我们即便知道有裂痕,依然有勇气和智慧去修补它,然后继续仰望星空。
四周后,这块带着伤痕记忆的隔热盾,将承载着人类重返月球的梦想,点火升空。
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图为阿尔忒弥斯1号任务中返回地球的猎户座飞船隔热盾,可以看见多处崩裂破损。图源:NASA Inspector General
信源:Eric Berger 发在 ArsTechnica 的相关报道
