桑迪亞如何測試航天器材料？竟用鏡子點火

但別跟桑迪亞國家實驗室的科學家們這麼說，他們通過用強烈到能讓阿基米德都臉紅的聚焦陽光射線來照射熱盾原型進行測試。

桑迪亞昨日報告說，它已經爲 MSR 和蜻蜓任務的熱盾樣本成功進行了測試，蜻蜓任務會把一架自主旋翼機送到土星衛星泰坦的表面。

這兩個任務都要求其航天器在進入異星世界的大氣過程中承受極端高溫，得依靠酚醛浸漬碳燒蝕（PICA）塗層才能生存。

據負責在 20 世紀 90 年代發明這種材料的美國國家航空航天局（NASA）所說，PICA 是能夠承受地球、火星和泰坦再入條件的最輕的燒蝕材料——它是由源自木漿纖維素的碳基複合材料製成的。

SpaceX 和 NASA 都廣泛使用了 PICA，所以它不是一種新材料，之前也不是沒經過測試。令人着迷的是桑迪亞測試燒蝕材料的方式：不是用電弧噴射或激光來爆破樣本，而是利用太陽的被動能量。

在桑迪亞國家太陽能熱測試設施（NSTTF）對 MSR 的熱護盾進行測試，原因很簡單

這將是首次從火星把岩石帶回地球的任務，出發時的重量會大於着陸時的重量

“有效載荷越重，進入飛行器越大，那麼飛行器在進入大氣層期間就會變得越熱，隔熱罩也就需要越好，”桑迪亞工程師兼美國宇航局測試主管肯·阿米霍說。

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NSTTF 測試設施相較於激光和電弧噴射器具有顯著優勢，這使其成爲測試新型航天器隔熱罩的一個誘人選擇：它的規模足夠大，能夠處理寬達三英尺的材料——這遠遠超過了激光或電弧噴射器所能擊中的材料，後者通常侷限於直徑 8 英寸的目標。

“如果我們願意，基本上可以在那裡安放整架飛機的部件，並用集中的太陽光束對其進行轟擊，”阿米霍說——這一切只需將一堆鏡子聚焦在一個目標上。

在 NSTTF 的衆多實驗設施中，有一座 200 英尺（61 米）高的塔，圍着 212 面定日鏡，與用於發電的太陽能聚光器類似。例如，該設施能將其強度放大至陽光明媚的日子裡可能照射在沙灘毛巾上的陽光強度的 3500 倍。同時，它用氮氣衝擊目標，以模擬進入像火星和土衛六那樣的無氧大氣層。

由於用鏡子反射的太陽能轟擊航天器材料意味着實現目標所消耗的能量更少，因此在桑迪亞爲 MSR 任務和“蜻蜓”號測試 PICA 瓷磚的成本也比在其他一些設施低得多。據阿米霍說，在 NSTTF 太陽塔進行測試每天只需大概 25,000 美元。這很昂貴，但與爲類似用途啓動電弧噴射或激光設施所需的 10 多萬美元相比就不算多了。阿米霍告訴《登記簿》，NSTTF 的成本只用於人員、運營和設施維護。

桑迪亞指出，根據所進行的測試類型，在 NSTTF 進行的太陽能測試每次還能減少 15 千瓦至 60,000 千瓦的能源消耗——相當於多達 20,000 次烘乾機循環。

阿米霍告訴我們，NSTTF 自 1979 年就已存在，多年來對包括美國國家航空航天局航天飛機鼻錐在內的各種材料進行了燒蝕測試。

PICA 瓷磚所接受的那種類型的測試，主要目的在於測試太陽通量，即特定點所接收的太陽能的測量值。

除了對高超音速和再入通量進行評估外，該設施還能夠在高通量的條件下測試通信，並且有助於瞭解航天器將怎樣應對不同的軌道機動。

桑迪亞針對 MSR 鍍層開展的被動太陽能試驗所節省的資金，是否足以挽救該項目，誰也無法確定。

測試是在這個雄心勃勃的項目出現最新一輪麻煩之前進行的，但卻是在美國國家航空航天局因對其可行性的擔憂而推遲某些元素之前。

美國國家航空航天局最近表示，儘管存在擔憂，但其仍希望繼續推進 MSR，並計劃通過向商業航天部門求助來大幅削減成本。

美國國家航空航天局局長比爾·納爾遜在 4 月份稱，航天局必須從 MSR 的成本中削減 50 億至 70 億美元，從而避免不得不侵佔其他項目的資源。

“火星樣本返回將是美國國家航空航天局（NASA）有史以來執行的最複雜任務之一，”尼爾森今年早些時候表示。“我們需要跳出框框思考，找到一種既經濟實惠又能在合理時間框架內返回樣本的方法。”

截至 10 月，美國國家航空航天局（NASA）表示，它將向八家公司授予價值高達 150 萬美元的合同，以進一步完善他們的提案，其中 SpaceX、Rocket Lab、Blue Origin 等公司獲得了相關獎項。

要知道，這些提案本身依舊相當不靠譜。例如，SpaceX 的提案將涉及使用星際飛船將樣本從火星帶回地球。雖說 SpaceX 近來在星際飛船的研發上取得了不小的進展，可它連在地球上成功着陸一艘以供重複使用都還沒做到，更別提在火星上了。但願能成吧。 ®