“柔性充气式货物返回舱”到底是什么？
（图片来源：中国载人航天官网）
长征五号B运载火箭搭载进行首次试验验证的柔性充气式货物返回舱试验舱，6日在返回过程中出现异常，专家正在对相关数据进行分析。
那所谓的“柔性充气式返回试验舱”是什么呢？
简单来说，就是“胖五”搭载了两个试验船升空，一个载人，一个拉货，那个拉货的出了问题，载人飞船已经在5月8日回收，获得圆满成功。
从对外宣传的名称上看，“柔性充气式返回试验舱”其实有些歧义，会让大家以为这个试验的重点在货运舱上，如果你没看过官方的模拟动画，有可能会跟前几年毕格罗搞的那个充气式太空舱搞混淆。
毕格罗的BEAM充气式太空舱于2016年与国际空间站对接（图片来源：《到太空去开旅馆——地产大亨毕格罗与他的充气太空舱》）
毕格罗太空舱充气
实际上，本次的充气式货运返回舱与毕格罗的充气式太空舱毫无关系。本次货运飞船试验的关键技术是充气式再入与下降技术，简单说是说货运飞船采用的是充气减速技术再入地球大气层，充气结构除了大幅度增加货运飞船的截面积，从而增大气动阻力，起到减速作用外，还对货运飞船起到热防护作用。
根据之前公布的模拟动画，货运飞船着陆时并没有使用降落伞，所以充气结构还起到了减缓着陆冲击的作用，如果试验成功，可以说一石三鸟。
非常遗憾的是货运飞船的充气结构在再入地球大气层阶段出现问题。其实这项技术并不简单，因为早在2018年，spaceX公司老板马斯克就发了一条神秘的twitter，引发了网友无限猜想。
（图片来源：twitter）
他说SpaceX将尝试使用一个巨大的派对气球把火箭的上面级从轨道速度下回收回来。
美国马里兰大学工程学院的学生奎因‧库佩克（Quinn Kupec）在马斯克推特中评论道：“如果你说的和我想的一样，这是一个超低弹道再入系数减速器的话，你应该来马里兰大学看看。我们一直在做这方面的研究，刚刚结束了一些测试。”
（图片来源：twitter）
库佩克在twitter上贴出的图片，这条留言得到了马斯克的亲自回复，对他的想法表示肯定。
弹道系数是指用来衡量航天器在飞行过程中克服空气阻力的能力的数值。弹道系数较高，意味着重返大气层的航天器减速较慢，到达地面时速度依然较快。
能得到马斯克的亲自回复，说明库佩克同学的说法没错，马斯克应该就是想用这种充气式低弹道系数再入技术来回收火箭上面级，跟这次长五B发射的货运试验船使用的技术应该是一回事。现在两年过去了，马斯克也没有实现他的诺言，看来这项技术并不容易。
这项技术是国内首次进行在轨试验，新技术的探索之路总是充满荆棘，出现问题可以理解，但为什么要研究这项技术呢？我们要先从航天器的再入说起。
航天器再入
航天器再入就是指从在轨飞行的无气动阻力状态，降低轨道高度，直到进入到大气层中。
地球是一颗有比较厚的大气层的行星。大气层的正常厚度在150到200公里之间，而越往下气体越稠密。稠密大气层会给围绕行星低轨道飞行的航天器自然减速，而且最麻烦的是再入时会因摩擦产生高温。
航天器再入大气时，其飞行速度由7.8千米/秒降到几十米/秒，飞行高度由400千米降到数千米，巨大的动能和重力势能几乎全部要靠热能来耗散。由此产生的热量是惊人的。飞船、小型空天飞行器再入的最高温度在1500℃以上，有时温度甚至高达1865℃、航天飞机再入时的最高温度达1650℃。
天宫一号退役后再入大气烧毁的照片（图片来源：《刚刚，天宫一号再入大气层烧毁》）
要对付这层障碍，目前的办法是给航天器外层加烧蚀材料，中层加隔热材料，内层加防热大底。
在再入的过程中逐步靠与上层大气摩擦减速。接近地球表面或者火星表面时，再用降落伞减速，接近地面时再用火箭反推减速或用充气囊缓冲。
神舟十一号返回舱表面黑乎乎的烧蚀痕迹就是再入大气摩擦发热的结果（图片来源：《小火箭聊导弹飞船与高超声速飞行器的热防护》）
所以载人飞船的再入防护及减速配置一般需要：防热大底，隔热层，外层烧蚀材料，减速伞，反推火箭或者缓冲气囊等。如果有一个方案能够将这一套配置的功能集成于一体，将节省下来的宝贵重量和空间留给有效载荷，甚至能够降低成本，是不是值得我们去尝试一下？IRDT （inflatable re-entry and descent technology）技术，即充气式再入及下降技术，提供了这样一种可能。
IRDT技术
IRDT技术的方案是使用充气结构展开折叠的大型防热盾，使得阻力更大弹道系数更低，更好的推开前方炽热的空气层，从而减速更快，受到的气动加热更低，返回地面更经济安全，发射储存体积小重量轻，比降落伞坚固得多，能在降落伞无法承受会被扯烂的高度和速度下安全展开使用等优点。
典型的IRDT外形（上图为2000年俄罗斯福盖特号火箭上面级使用IRDT技术回收，因遭遇暴风雪丢失）（图片来源：space.skyrocket.de）
IRDT基本构造是最外层涂着包括有机硅、酚醛树脂等烧蚀升华材料，然后是耐热纤维、碳纤维、玻璃纤维、可能有凯夫拉和诺梅克斯纤维织物、多层隔热材料包括镀铝聚酰亚胺膜、硅酸铝或者碳化硅气凝胶隔热层等等材料多层叠加复合组成的充气柔性结构，内部充氮气。
