中国新一代载人飞船试验船新在哪里?

飞蠓 2020-07-1716:53:02 评论 939 views

中国新一代载人飞船试验船新在哪里?

在轨飞行2天19小时后,2020年5月8日13时49分(北京时间),中国新一代载人飞船试验船返回舱成功地在东风着陆场着陆。稍微了解一些航天知识的朋友都知道,目前全世界有3款载人飞船,分别是1967年首飞的苏联/俄罗斯“联盟”号、2003年首飞的中国“神舟”号和即将在2020年5月27日首飞的美国“龙II”号。那么中国为什么要研发新一代载人飞船?和现役和其他在研飞船相比,新一代载人飞船有哪些特点呢?

中国新一代载人飞船试验船新在哪里?

神舟号飞船CG图

咱们先说现役的两款载人飞船。中国的“神舟”号载人飞船和苏/俄的“联盟”号结构类似,都是由三个舱段(推进舱返回舱轨道舱)组成的,不同的是“神舟”号更长、更重一些,同时可用空间更大一些(神舟号总质量7.84吨,轨道舱可用空间约8m³,返回舱可利用空间为6m³,可供3名航天员生活20天;相比较之下,联盟号为7.25吨,轨道舱可用空间5m³,返回舱可用空间2.5m³)。截止目前,中国神舟号飞船已经发射过11次,其中6次载人,把杨利伟、刘洋等11名中国男女航天员送入太空。但无论是中国的神舟号,还是苏/俄的联盟号(除了联盟7K-LOK),都只能在近地空间绕着地球打转转,它们都被称作卫星式载人飞船

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俄国联盟号飞船

那么还有别的载人飞船吗?当然是有的,还有一种是登月载人飞船,它的代表就是大名鼎鼎的美国阿波罗飞船。登月飞船能够携带多名宇航员飞到38万千米外的月球,因此它的总质量要远远大于卫星式载人飞船,例如阿波罗11号飞船总质量就达到了惊人的43.87吨,它由三个舱段组成:指令舱勤务舱登月舱,其中登月舱总质量15吨,指令勤务舱28.8吨,能运送三名宇航员到达月球轨道,并允许其中两名宇航员执行登月任务。苏联设计的登月飞船(联盟7K-LOK+LK登月舱)质量要小一些(只能运送两名宇航员,其中只有一名可以登月),但总质量也达到了约15.5吨。

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正在与国际空间站对接的龙II飞船

美国历史上曾经拥有多款载人飞船,早期的水星号,双子星座号以及后来的阿波罗飞船。但阿波罗飞船之后,美国决心发展航天飞机这种新型载人航天器,2003年2月“哥伦比亚”号航天飞机失事之后,美国人进行了反思和检讨,认为航天飞机这个科技树点错了,果断停止了航天飞机项目。2011年7月亚特兰蒂斯号航天飞机执行完最后一次太空任务返回地球之后,美国人就不得不依赖俄国的联盟号载人飞船来维持对国际空间站的人员访问。这对美国人来说当然是很尴尬、很屈辱的,因此他们也努力在开发新一代的载人飞船,这其中就包括即将发射的SpaceX公司的“龙II”(Dragon 2)、去年(2019年)发射后出现问题的“星际客机”(StarLiner)和只在2014年试飞过一次的“猎户座”(Orion)。

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“星际客机”号载人飞船

根据公开资料,美国的这些在研载人飞船都有以下特点:第一,空间足,载客量大,例如龙II最多能载7人(执行NASA合同时只载4人),“星际客机”同样也能运载7人,而“猎户座”能载运4-6人,均大大高于阿波罗/联盟/神舟等飞船的运载指标;第二,可回收或部分回收重复使用,这三款美国飞船均设计为可重复使用10次;第三,部分飞船在设计时是可以兼顾近地、登月这两项任务的。所有这些特点归结起来,就是一条:能显著降低飞船的使用成本

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美国“猎户座”飞船返回舱模型

据报道,美国之外,俄罗斯也在设计一款新型载人飞船“雄鹰”号,它能够运载4名乘员到达月球轨道,在轨飞行30天,可重复使用10次。

和美、俄在研的这些飞船相比,中国的神舟号和俄罗斯的联盟号都已经显得落伍了,俄罗斯已经启动“雄鹰”号的研发,我们国家自然也不能自甘落后。因此中国航天科技集团从2017年开始正式启动了新一代飞船的研发工作,此次成功发射和回收的试验船就是这一工作的第一步。

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新一代飞船试验船发射前

中国新一代飞船试验船总质量约21.6吨(装入了10吨推进剂),长8.8米,由服务舱和返回舱组成,被长征5号乙送入近地点162千米远地点377千米的初始轨道后,经过7次自主变轨(以往需要地面远程指挥飞船进行变轨操作),最终进入一个远地点8000千米的大椭圆轨道。试验船在轨期间,船内搭载的有效载荷进行了大量探索性试验,这其中就包括了人类首次在太空微重力环境下实现的连续碳纤维增强复合材料的“空间3D打印系统”。

中国新一代载人飞船试验船新在哪里?

央视新闻截屏

5月8日12时15分,地面控制中心发出指令:“发动机开机,返回制动开始”,制动发动机按照指令精确点火,试验船就像猛地踩住了刹车一样,速度和姿态开始变化。13时33分,“服、返分离”口令发出,返回舱与服务舱分离,返回舱开始建立再入姿态,按照预定路线飞回地球。在预定高度,两面引导伞和三面巨大的主降落伞相继展开。飞船到达预定着陆场上空后,6个气囊也准时充气打开,降落伞和气囊共同保护飞船以缓慢的速度平稳降落在着陆场预定区域,整个返回过程耗时16分钟。

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返回舱空投伞降试验(不是本次回收试验画面)

在整个返回过程中,返回舱的最高速度达到了9千米/秒,远大于神舟号返回舱约7.9千米/秒的返回速度,这导致试验船返回舱表面的最高温度达到了骇人的2000℃。不过不用担心,中国航天工程师给返回舱穿上了用轻便的新型防热材料制造的可拆卸结构的“隔热衣”,只要把烧过的部分拆掉,替换成新的,返回舱就又可以执行新任务了。

中国新一代载人飞船试验船新在哪里?

新一代飞船结构模型,来源:航天爱好者网

从试验船这里我们可以管窥中国新一代飞船的重要特征。

第一,就是部分可重复使用,新一代飞船会和试验船一样采用两舱结构,比较贵重的仪器设备将放在返回舱内一起返回地面,而不再像神舟号一样扔在轨道舱内不管了,而回收后的返回舱经过更换隔热材料和必要的检测之后,将可以重复执行任务,据报道,新一代飞船的设计目标是可重复使用10次;

第二,更大的内部容积。按照新一代飞船设计人员的介绍,新飞船将允许6名航天员乘坐,此外如果只乘坐3名航天员,则可以同时运输500千克货物返回地面。这种双向载货能力,是未来运营空间站必须的,也是目前神舟载人飞船和天舟货运飞船所不具备的能力。

中国新一代载人飞船试验船新在哪里?

新一代飞船试验船和神舟返回舱对比,来源:航空航天港

第三,也是最重要的一点,新飞船将采用模块化设计,除可以在近地轨道飞行,往返于地面与空间站之间,还将具备深空探测能力,也就是说,返回舱不变,只要把服务舱换成更大的型号,同时再对接一个能够在月面上降落起飞的登月舱,即可把航天员送上月面并保证其安全返回。当然,这样的话,返回舱就必须能够经受以接近第二宇宙速度返回时所带来的各种严酷考验,我们可以看到,这次试验船返回舱特意飞到距地面8000千米之外再返回,就是有意验证它的高速再入能力。

中国新一代载人飞船试验船新在哪里?

新一代飞船试验船返回舱

最后需要补充是:首先,这次执行任务的只是试验船,主要目的是用来验证某些关键技术,并不是真正的新一代飞船,但它的成功返回为新一代飞船奠定了坚实的基础;其次,在中国空间站建设期间,我国用来与空间站核心舱对接的暂时还将是神舟号载人飞船和天舟号货运飞船;最后,未来是否会继续用长五乙发射新一代飞船,目前还不清楚

但无论如何,让我们期待新一代飞船早日问世!

(完)

飞蠓

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