將經(jīng)受2700℃灼燒！獵戶座飛船失聯(lián)40分鐘，暴露中美探月通信差距

美國(guó)的阿爾忒彌斯2號(hào)任務(wù)，4月1日從肯尼迪航天中心發(fā)射升空了。這是1972年阿波羅17號(hào)之后，美國(guó)時(shí)隔54年再次把人送往月球方向。飛船上坐著四個(gè)人——指令長(zhǎng)懷斯曼、飛行員格洛弗、任務(wù)專(zhuān)家科赫，還有加拿大航天員漢森。飛船代號(hào)叫＂誠(chéng)信號(hào)＂，整趟任務(wù)大概要飛10天左右。

升空之后麻煩事就沒(méi)消停過(guò)。先是廁所出了毛病，控制器故障。接著通信鏈路也斷過(guò)一陣子，飛船上四個(gè)水箱的交叉閥門(mén)也查出了異常。這些問(wèn)題單個(gè)來(lái)看都還好，不致命。但一股腦全冒出來(lái)，多少讓人有點(diǎn)不放心。頭一回載人飛深空，誰(shuí)不希望穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)模?/p>

好在這些小毛病沒(méi)耽誤正事。飛了五天之后，美東時(shí)間4月6日凌晨，獵戶座飛船進(jìn)入了月球引力范圍。從這一刻開(kāi)始，月球的引力比地球?qū)︼w船的引力更大。飛船不再是＂飛離地球＂，更準(zhǔn)確地說(shuō)是在＂落向月球＂。這個(gè)轉(zhuǎn)換挺有意思，從物理概念上講，飛船的主人變了。

飛掠月球的觀測(cè)窗口從美東時(shí)間4月6日下午2點(diǎn)45分開(kāi)啟，一直到晚上9點(diǎn)40分結(jié)束。差不多7個(gè)小時(shí)。四個(gè)宇航員基本沒(méi)歇著，拿著NASA提前列好的清單，一項(xiàng)一項(xiàng)地拍照、觀測(cè)，覆蓋了月面30多個(gè)地質(zhì)特征點(diǎn)。我們平時(shí)看月亮覺(jué)得挺熟悉的，但真到了跟前，要干的活還真不少。

這次觀測(cè)有個(gè)重點(diǎn)目標(biāo)：東方海盆地。這個(gè)大坑寬將近600英里，大約965公里，橫跨月球正面和背面的交界線。它形成于38億年前。飛掠的時(shí)候剛好趕上陽(yáng)光把它完全照亮了，宇航員從好幾個(gè)角度近距離研究了它的地形。NASA說(shuō)，在阿爾忒彌斯2號(hào)之前，從沒(méi)有人親眼在陽(yáng)光下見(jiàn)過(guò)這個(gè)盆地的全貌。

飛掠過(guò)程中還破了個(gè)紀(jì)錄。獵戶座飛船距離地球最遠(yuǎn)達(dá)到了406771公里，折合大約252756英里。之前這個(gè)紀(jì)錄屬于阿波羅13號(hào)，1970年創(chuàng)下的，距離地球約400171公里。保持了56年，這回被刷新了。四個(gè)宇航員成了人類(lèi)飛得離地球最遠(yuǎn)的人。

宇航員們還在月球背面看到了一次日全食，持續(xù)了將近一個(gè)小時(shí)。太陽(yáng)被月球完全擋住，日冕露了出來(lái)，遠(yuǎn)處的星星和行星也清晰可見(jiàn)。畫(huà)面左上角有個(gè)一直閃的亮點(diǎn)，NASA團(tuán)隊(duì)后來(lái)確認(rèn)那是金星。從月球附近看日全食，上一次還是阿波羅時(shí)代的事了。這種體驗(yàn)，地球上花多少錢(qián)也買(mǎi)不到。

重點(diǎn)來(lái)了。飛船飛到月球背面的時(shí)候，和地面失聯(lián)了大約40分鐘。美東時(shí)間下午6點(diǎn)44分進(jìn)入月球背后，信號(hào)徹底斷了。直到晚上7點(diǎn)25分左右，飛船從月球另一側(cè)轉(zhuǎn)出來(lái)，才重新和休斯頓恢復(fù)聯(lián)系。這40分鐘里，地面一點(diǎn)辦法都沒(méi)有。

失聯(lián)的原因不復(fù)雜。月球是個(gè)實(shí)心球體，擋在飛船和地球之間，無(wú)線電信號(hào)過(guò)不去。美國(guó)目前沒(méi)有在月球附近部署中繼衛(wèi)星，所以飛船一到月球背面，通信就只能中斷。阿波羅時(shí)代也是這樣，當(dāng)年每次飛到月球背后都要斷聯(lián)。半個(gè)多世紀(jì)過(guò)去了，這個(gè)問(wèn)題居然還在。

有人可能會(huì)說(shuō)，40分鐘也不長(zhǎng)嘛，忍忍就過(guò)去了。話是這么說(shuō)，但飛船上坐著四條人命。萬(wàn)一這40分鐘里出了突發(fā)狀況呢？設(shè)備故障、軌道偏差、任何需要地面配合處理的緊急情況，宇航員都只能自己扛。NASA也承認(rèn)這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)客觀存在，只不過(guò)評(píng)估后認(rèn)為概率可控。可控歸可控，隱患就是隱患。

2024年嫦娥六號(hào)干了件大事——人類(lèi)首次月球背面采樣返回。注意，不是繞月飛一圈就回來(lái)那種，是實(shí)打?qū)嵔德涞皆卤场⑼谕痢脑卤称痫w、在月球軌道完成交會(huì)對(duì)接，再飛回地球。這一套流程的復(fù)雜程度，比獵戶座這次繞月飛行高出不少。

嫦娥六號(hào)在月球背面操作的全過(guò)程中，和地面幾乎一直保持著通信。降落的時(shí)候有信號(hào)，采樣的時(shí)候有信號(hào)，起飛的時(shí)候還有信號(hào)。這是怎么做到的？難道我們的無(wú)線電能穿透月球？當(dāng)然不是。

答案是鵲橋二號(hào)中繼星。2024年3月20日，嫦娥六號(hào)還沒(méi)出發(fā)呢，我們就先把鵲橋二號(hào)送上去了。它運(yùn)行在環(huán)月大橢圓凍結(jié)軌道上，不需要頻繁調(diào)整軌道，推進(jìn)劑消耗很低，能長(zhǎng)時(shí)間在軌工作。原理也簡(jiǎn)單——月球擋住了信號(hào)，那就在月球上空放一顆＂中轉(zhuǎn)站＂。探測(cè)器把信號(hào)發(fā)給中繼星，中繼星再轉(zhuǎn)發(fā)回地球，反過(guò)來(lái)也一樣。

鵲橋二號(hào)的通信保障能力相當(dāng)強(qiáng)。嫦娥六號(hào)在月背著陸采樣的兩天里，鵲橋二號(hào)每天能提供超過(guò)20個(gè)小時(shí)的中繼通信覆蓋。最關(guān)鍵、最危險(xiǎn)的操作階段，地面指揮中心始終在線，隨時(shí)能介入。這份安全感，獵戶座的四位宇航員在月球背面那40分鐘里是沒(méi)有的。

鵲橋二號(hào)也不是只服務(wù)嫦娥六號(hào)一個(gè)任務(wù)。它還在繼續(xù)支持月背工作的嫦娥四號(hào)，后面嫦娥七號(hào)、嫦娥八號(hào)以及國(guó)際月球科研站的建設(shè)，通信保障也得靠它。一顆星管好幾個(gè)大項(xiàng)目，這筆賬算得精。

其實(shí)更早之前，美國(guó)就盯上我們的中繼星了。鵲橋一號(hào)在軌的時(shí)候，美方就表達(dá)過(guò)意愿，希望中方延長(zhǎng)鵲橋號(hào)的設(shè)計(jì)壽命，想借來(lái)用一用。現(xiàn)在獵戶座飛船老老實(shí)實(shí)在月背斷聯(lián)40分鐘，看起來(lái)借星通信這條路并沒(méi)有走通。

通信的事先放一邊。眼下更讓人揪心的，是獵戶座飛船返回地球這一關(guān)。從月球軌道回來(lái)的飛船，速度接近每秒11.2公里，差不多是第二宇宙速度。以這個(gè)速度撞進(jìn)大氣層，氣動(dòng)加熱效應(yīng)極其劇烈。近地軌道返回的飛船外殼溫度超過(guò)1000℃，而從月球回來(lái)的飛船，外殼溫度會(huì)逼近2700℃甚至2800℃。

2700℃是什么概念？鋼鐵的熔點(diǎn)才1500℃左右，鋁合金更低。太空中那些報(bào)廢衛(wèi)星、火箭殘骸墜入大氣層，基本都直接燒成灰了。獵戶座飛船要在這種溫度下保住艙內(nèi)四個(gè)人的命，全靠外面那層隔熱罩。

偏偏這個(gè)隔熱罩就是出過(guò)事的。2022年12月，阿爾忒彌斯1號(hào)無(wú)人繞月飛行，獵戶座飛船返回時(shí)隔熱罩出了大問(wèn)題。再入過(guò)程中大塊Avcoat隔熱材料脫落了，表面留下了明顯的坑洞。NASA事后檢查，發(fā)現(xiàn)隔熱罩上有超過(guò)100處材料剝落的痕跡。

工程師查出來(lái)的原因是：Avcoat材料在高溫下產(chǎn)生的氣體排不出去，壓力越積越大，把材料從里面頂裂了，整塊整塊往下掉。更嚇人的是，隔熱罩里嵌著四顆大型分離螺栓，其中三顆都被燒穿了。那次好在飛船里沒(méi)坐人，要是有人，后果真不敢想。

這么大的隱患，NASA解決了嗎？嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，沒(méi)有徹底解決。換隔熱罩會(huì)導(dǎo)致任務(wù)嚴(yán)重推遲。NASA選了另一條路——改再入方式。原計(jì)劃采用＂跳躍式再入＂，現(xiàn)在改成了更陡的直接再入角度，目的是縮短隔熱罩在高溫中的暴露時(shí)間。說(shuō)白一點(diǎn)就是，盾有裂縫，那就跑快點(diǎn)，少燒一會(huì)兒。

這個(gè)方案到底靠不靠譜，誰(shuí)心里都沒(méi)底。NASA嘴上說(shuō)評(píng)估過(guò)了、風(fēng)險(xiǎn)可控，但網(wǎng)上已經(jīng)有不少航天愛(ài)好者在替宇航員捏汗了。阿爾忒彌斯計(jì)劃從2012年到2025年累計(jì)花了約930億美元，光一次發(fā)射成本就超過(guò)40億美元。錢(qián)花到這個(gè)份上，隔熱罩的問(wèn)題居然是靠改飛行姿態(tài)來(lái)＂繞過(guò)去＂的，多少有點(diǎn)說(shuō)不過(guò)去。

獵戶座飛船預(yù)計(jì)4月10日濺落太平洋。最后幾分鐘的再入過(guò)程，溫度最高、風(fēng)險(xiǎn)最大。隔熱罩能不能頂住接近2700℃的高溫，幾天之內(nèi)就能見(jiàn)分曉了。