2022年12月初，随着神舟十四号返回舱顺利于东风着陆场着陆，太空出差“三人组”成功返航，民众也不由地发出掌声和欢呼声。
事实上，不止神舟十四号，此前神舟载人飞船的每一次返航都让人们异常关注，因为“回家之旅”其实本身危险重重，返回舱在途中会遭遇黑障、热障等情况。
航天器在返途会经历一段“黑障区”
而为了帮助飞行器闯过2000度的高温，将宇航员们平安送回家，此前中国和美国，都在测试同款“防护罩”，希望它能成为返回舱的新铠甲。
那么，飞行器重回地球的时候具体会经历什么？中美都在测试的“防护罩”又到底是什么呢？
如果大家曾仔细观察过神舟系列飞船的返回舱，就会发现它们的外表都是黑乎乎的，有着明显被灼烧的痕迹。就连此前登陆月球成功采样并返回的嫦娥五号也是，出去一趟回来仿佛跟进了“煤窑”一样，灰头土脸。
嫦娥五号返回舱表面有很明显的烧焦痕迹
有人还曾对此表示不解，认为研究人员太不讲究了，没有将飞行器的返回舱设计成“白白净净”的模样。但事实上，这些返回舱发射出去的时候并不是这样，是回来之后才毁容的。而毁容的真正原因，就是“灼烧”，这其实和流星发光的原因差不多。
每当流星划过夜空的时候，我们都能看到它们留下的明显痕迹，而它们之所以会这么亮，就是因为在高速坠落的过程中，与大气层产生了强烈的摩擦，从而生热、燃烧，有一部分甚至会直接在空中解体爆炸。
飞行器返回舱会因为和大气层摩擦而燃烧
正因如此，当返回式航天器受控再入的时候，不但会在途中经历温度约为2000度的高温等离子体烈焰炙烤，还会经历“黑障效应”，从而与地面失去联络，整个“再入”艰险万分，稍不注意就会出现意外。
比如2003年2月，美国的哥伦比亚号航天飞机就在再入大气的过程中失联，最终于美国得克萨斯州上空爆炸解体。这场灾难发生的原因，就是发射过程中燃料箱表面的泡沫击中了航天飞机机翼的隔热瓦，使得再入大气时，外部的高温烈焰从这个“缺口”进入了机身内部，最终造成了悲剧。
2003年哥伦比亚号解体的源头只是因为一块泡沫
根据人们的回忆，当时哥伦比亚号就像是变成了数颗“流星”，划过天空然后匆匆坠落。
由此可见，将宇航员们顺利送出地球并不意味着就大功告成了，只有让他们顺利返回才算是“功德圆满”。而为了能够提高再入返回的安全性，各国都试图为其研制“防护罩”，更有意思的事，中国和美国甚至在测试同款充气式“防护罩”。
中美都在研究的充气式“防护罩”概念图
首先来看看这个充气式防护罩到底是什么。
根据资料来看，采用刚性热防护材料的钝头体航天器的外形尺寸往往会受到运载火箭整流罩的限制，在这种情况下搭载的有效载荷重量也受限。
因此，美国国家航空航天局此前提出了一种充气展开的热防护结构，他们称其为“Hypersonic Inflatable Aerofynamic Decelerators”，直译的话就是高超声速充气气动减速器。
这种热防护结构在不同阶段有着不同的状态和作用
这种“防护罩”主要是由堆叠的充气环和柔性热防护层组成的，拥有所占空间少的优点。因为在火箭发射的时候，它是呈折叠包裹状态的。
等到航天器再入大气的时候，这个充气结构就会展开，由于其直径更大，能够将航天器有效包裹，因此能显著降低航天器再入过程中受到的“气动热载荷”。简单来说，大家可以将这个充气式“防护罩”，当成一个降落伞。
该防护罩能够将航天器包裹，效用有点类似降落伞
其次再来看看中国和美国对这一“防护罩”的研制和验证，到底是怎样的。
根据资料来看，国外从很早就在研究充气防热罩技术了，比如2000年欧空局就和俄罗斯某公司进行合作，验证了他们共同研制的充气再入降落技术。
而美国也早早就开始研究于这方面相关的技术，比如在上世纪六十年代，他们就曾热衷于研究附体型重启减速器，到了2012年又打造出了全新的“充气防护罩”，希望能将它运用在火星探测任务重，毕竟火星也是有大气层的。
美国对于充气式防护罩的研究很早就开始了
2020年，美国又成功测试了新型的可充气式航天器隔热罩，名为“IRVE”，根据媒体报道来看，此次测试十分圆满，膨胀的“防护罩”能够有效的保护航天器。
至于我国，北京空间机电研究所也曾设计过多种，由多层材料组成的柔性热防护结构，并且还展开了在1200摄氏度之下的加热试验。
后来于2020年，借助长征五号的升空，我们也对柔性充气式货物返回舱实验舱进行了验证，不过结果却没有那么圆满，在中途出现了许多异常。
长征5号升空验证并未得到圆满结果
当然，一次性成功肯定是不可能的，只能说这是一个很好的开始。尤其是当我国也关注到火星登陆的时候，研制这种设备就更有必要了，毕竟这是为航天员的生命提供保障。
值得一提的是，除了充气式防护罩以外，人们还研制出了许多不同类型的防护结构，这些结构都能帮助航天器缓解高温。
除了充气式防护罩，人们还研究了其它的防护结构
首先来说说热防护材料，这是目前航天器使用的主流。热防护材料的类型主要有蜂窝增强式、纤维增强式。
以蜂窝增强式为例，它主要是以尼龙、石英、酚醛等为蜂窝增强体，起到抵抗气流的作用，并且还会加入部分物质，降低材料的密度，以此来提升隔热性能。
阿波罗飞船返回验证了这种热防护料
其次再来看组合式热防护结构，这之中包括多功能热防护结构、混杂性热防护结构，前者美国国家宇航局也曾提出过并试验过，涉及的这一装置简称“HOST”，也是为了未来登陆火星所准备的。
最后就是展开式的防护结构了，除了咱们上文中着重介绍的充气式防护罩，还有机械式展开防护罩，这是NASA在提出充气式的同时一并提出来的，相较于充气式的柔软，这种防护罩的外形看上去更像是雨伞。
机械式展开防护罩看起来更像是雨伞
总的来说，人们对防护罩研究的不断创新，从本质上都是为了宇航员的安全着想。而且这不仅关乎于是否能顺利返航，也关乎于宇航员能否在其他的星球顺利降落。此外，这种防护结构的占地小、重量小，对提升航天器运载能力也有着关键的作用。
希望我国能尽快在这方面取得一定的进展，将关键的技术完成验证，这样的话，未来宇航员们再返航的时候，大家就不用特别“提心吊胆”了，这些防护结构会助力英雄们安全归家！
希望类似系统的应用能够在我国得到验证
关注微信
