本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
维珍银河公司的太空船二号坠毁事故上周五发生,原因仍然未知,但该商业太空飞机的羽翼再入系统似乎与此有关。国家运输安全委员会(NTSB)的调查人员确定,该飞行器的副驾驶比计划提前移动了一个操纵杆以“解锁”羽翼系统,并且在羽翼展开两秒钟后,航天器解体了。
发生这种情况的具体细节或原因仍然不清楚。羽翼系统通常在太空船二号已经爬升到抛物线飞行路径的顶峰并开始下降后使用,以帮助飞行器减速并在飞回地球时保持稳定。事实上,该设计是主要创新之一,使太空船二号的前身,较小的太空船一号,在2004年执行了首次载人商业太空飞行,并赢得了1000万美元的安萨里X大奖。
太空船二号有两个尾翼,每个机翼后方伸出一个。每个尾翼都充当方向舵,并且在后部有一个小的水平襟翼,向外延伸。当飞机下降时,两个尾翼可以一起从零度到 90 度向上枢转,使其“垂直”地立在飞机后方。在这种配置中,尾翼和襟翼产生阻力。这种“羽翼化”效应类似于羽毛球运动中的羽毛球。两者的形状都旨在引起来自空气阻力的高度阻力,并且两者都具有极高的空气动力学稳定性,这意味着阻力将始终最终将飞机或羽毛球推向相同的方向(羽毛球将始终转向羽毛球头先飞,而太空船二号的羽翼尾翼确保它将以正确的角度重返地球大气层)。
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在正常飞行期间,太空船二号由其母船白色骑士二号向上携带,并在空中释放,以点燃其火箭发动机,完成剩余的太空边缘爬升。在此期间,双尾翼始终以“非羽翼化”配置笔直指向机身后面。当需要返回地面时,太空船二号的飞行员可以展开羽翼,将尾翼向上枢转。当向上指向时,尾翼与气流方向成直角,对飞行器产生巨大的阻力,从而在不使航天器过热的情况下减速。这种方法有效,因为太空船二号并非从轨道返回;从太空边缘(它飞行到 110 公里的最高高度)返回时,它的最高速度足够低,以至于羽翼足以安全地减速。轨道航天器以如此高的速度返回,以至于它们需要隔热罩来保护它们。
羽翼化设计已经在之前的太空船二号试飞中证明了其自身价值。在 2011 年 9 月的一次测试中,航天器的飞行员在滑翔下降到地球时短暂失去了对飞行器的控制,但通过将尾翼移动到羽翼化配置重新获得了稳定性。
在周五的飞行中,飞行员通常会在太空飞机在下降过程中达到 1.4 马赫(音速的 1.4 倍)的速度时展开羽翼,但据 NTSB 代理主席克里斯托弗·哈特称,副驾驶迈克尔·阿尔斯伯里在太空船二号达到 1.0 马赫时提前解锁了方向舵。然而,哈特表示,仅此一项行动本不应足以使尾翼向上枢转,因为两位飞行员都没有采取进一步的步骤转动羽翼手柄来实际移动它们。不知何故,尾翼还是向上旋转了,并且在飞行中的这一点增加的阻力被证明是灾难性的。