近日,日本宇宙航空研究开发机构JAXA 发布消息称,其在北海道大树航空宇宙实验场完成了 2026 年科学气球活动中的 BS26-02 飞行试验。这次试验表面上看只是一枚橡胶气球升空,实际上验证的却是一项面向未来航天器返回和大气再入的新技术——柔性气动减速器。
根据 JAXA 公布的信息,BS26-02 于 2026 年 7 月 2 日日本时间凌晨 3:30 发放,使用的是最大充气直径约 11 米的橡胶气球。气球以约每分钟 360 米的速度上升,约 1 小时 25 分钟后,在太平洋上空达到 31 公里的最高高度,位置约在大树航空宇宙实验场东南偏东方向 40 公里处。随后,试验装置缓慢下降并落入海中,落点位于实验场东南偏东方向约 80 公里处。

这次试验的重点,不是气球本身,而是它搭载的“柔性气动减速器”。
所谓气动减速器,可以理解为航天器进入大气层时用来“刹车”的装置。传统返回舱通常依靠刚性防热大底、气动外形和降落伞组合完成减速。但随着深空探测、火星着陆、返回式载荷和大型航天器回收需求增加,传统刚性气动壳体会受到运载火箭整流罩尺寸、结构重量和防热负担的限制。简单说,东西越大、越重,就越难安全、低成本地减速返回。

柔性气动减速器的思路,是在飞行器外部展开一个轻质、大面积的柔性结构。面积变大后,飞行器受到的大气阻力增加,弹道系数降低,能够在更高的大气层内提前减速。这样做有两个直接好处:一是降低进入稠密大气层时的速度,二是减轻气动加热压力。JAXA 在介绍中明确提到,这类技术有望实现高空高效减速、降低气动加热,甚至在不依赖降落伞的情况下,以接近降落伞减速后的速度着陆。
这个方向并非日本一家在探索。NASA 近年来推进的 HIAD,即高超声速充气式气动减速器,也采用了类似的大尺寸可展开柔性/充气结构思路。NASA 曾介绍,充气式防热盾不同于传统刚性防热盾,可以在发射时折叠收纳,进入任务阶段后展开到大于火箭整流罩约束的尺度,从而为大型载荷返回、火星着陆和可回收航天器提供新的技术选项。NASA 的 LOFTID 低地球轨道充气式减速器飞行试验,就是这一方向的重要验证任务。

HIAD项目渲染图

LOFTID项目渲染图

2022年11月,LOFTID项目首次验证了第一宇宙速度再入返回气动减速技术,对开展以火星探测为代表的行星际任务具有重要的里程碑意义。
不过,柔性结构也带来了新的工程难题。刚性气动外形相对容易建模,柔性减速器则会在气动力作用下发生形变。形变会改变气动特性,气动特性又会反过来影响形变和姿态稳定,这就形成了复杂的流固耦合问题。JAXA 在原文中也强调,该技术发展的关键之一,就是获取减速器的气动特性,理解柔性结构受气动力影响后的变形和气动不稳定现象。
这也是为什么 JAXA 要用科学气球反复做自由飞行试验。风洞试验可以提供受控环境下的数据,数值仿真可以帮助理解流场和结构响应,但真正的高空自由飞行环境仍然不可替代。气球平台能够把试验件带到平流层高度,让其在真实大气环境中释放、下降、变形和减速,从而获得更接近实际应用场景的数据。
从公开信息看,JAXA 在这一方向上已经形成了持续性的试验路线。此次 BS26-02 并不是孤立试验,而是建立在自 2022 年以来 6 次气球飞行积累的自由飞行试验方法基础之上。本次任务的进一步目标,是改变柔性气动壳体的重心特性,评估不同设计参数对气动减速器性能的影响。
这种试验看起来规模不大,却很有技术含量。它反映出一个趋势:科学气球不只是天文观测、大气探测的平台,也可以成为航天器再入、减速、回收等关键技术的低成本飞行验证手段。相比直接上火箭做再入试验,气球试验成本更低、组织更灵活、风险更可控,特别适合在早期阶段反复修改设计、积累数据、验证模型。
对未来航天任务而言,柔性气动减速器的意义可能不止于“返回地球”。如果这类技术成熟,它有望服务于火星等有大气天体的进入、下降与着陆,也可能用于轨道载荷返回、空间运输器回收,甚至大型结构的低成本离轨处置。JAXA 这次把试验装置送到 31 公里高空,本质上就是在为更复杂的大气再入任务积累基础数据。
从浮空器角度看,这条消息也很值得关注。高空气球正在越来越多地成为“低成本临近空间试验场”:既可以服务空间科学,也可以验证航天工程技术。过去我们常说气球是“搭载平台”,而在这类任务中,气球更像是一座可以反复使用的临近空间实验室,把航天器还没准备好上天的关键部件,先送到接近真实环境的高度,做一次风险更低的预演。
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