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新一代载人飞船试验船发射成功,可重复使用
2020-05-06  来源:本站
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(原标题:新一代载人飞船试验船发射成功,可重复使用达到国际先进水平)

5月5日,在长征五号B火箭的托举下,由中国航天科技集团有限公司第五研究院自主研制的我国新一代载人飞船试验船顺利进入预定轨道,标志着中国载人航天工程迈出了探索浩瀚宇宙新的一步。

此次新一代载人飞船试验船进入预定轨道后将开展高速再入返回、控制、回收等关键技术试验验证,为我国载人空间站建造运营和载人深空探测奠定坚实基础。

“新一代载人飞船是面向我国近地空间站运营、载人月球探测等任务需求而论证的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,此次飞行试验任务将对新一代载人飞船高速再入返回防热、控制和群伞回收相关关键技术进行飞行验证,将夯实中国人更高效、安全、经济地开展有人参与的深空探测的坚实基础。”五院新一代载人飞船试验船项目技术专家沉稳的话语透露出自豪。

总装现场 本文图片均来自航天五院

一船多用,打造天地往返“太空巴士”

载人飞船是航天员太空往返的重要工具,开展深空探测,尤其是有人参与的深空探测任务,就必须要优先发展再入返回与回收着陆技术,只有确保航天员在任务中面对各种预期与突发状况可以健康地安全返回地球,人类探索浩瀚宇宙的步伐才能自信而坚定。

中国载人航天事业起步虽晚,中国航天人却奋起直追、弯道超车,在载人航天领域的世界舞台上彰显着大国担当、中国智慧。

中国载人航天器的娘家人、五院技术专家介绍,从1992年启动载人航天工程以来,五院锁定建造中国空间站的目标,按照“三步走”的策略稳扎稳打,形成了以神舟飞船、空间实验室、货运飞船为支撑的多类航天器,为正式启动空间站建设打下了坚实基础。此次五院自主研发新一代载人飞船试验船是坚持“探索一代、预研一代、研制一代、生产一代”创新发展路径的又一生动实践。

总装测试

新一代载人飞船外形优美大方,采用两舱设计,返回舱为倒锥型钝头体气动外形设计,其是整船的指令中心,也是航天员生活居住的地方。相比神舟飞船的钟型设计返回舱,倒锥型空气升力更大,能在以第二宇宙速度高速返回时依靠空气阻力减速,能够更加平稳、精准地落地。服务舱采用圆柱形设计,主要用于提供动力和能源。

如果把神舟飞船比作航天员专属“太空专车”的话,那新一代载人飞船就是“太空巴士”了。新一代载人飞船未来在执行近地轨道任务时可以一次运送6-7名航天员,是神舟飞船承载能力的一倍。

跟神舟飞船三舱结构不同,以前航天员的生活工作需要在两个较小的舱之间往返,而新一代载人飞船返回舱密封舱空间更大,未来里面可以根据任务需求做“隔间”,打造工作区、娱乐区、餐饮区以及卫生区,为航天员提供更舒适的生活居住环境。

“新一代载人飞船可以一船多用,既可以应用在近地轨道,支撑我国空间站建设,还能胜任载人登月等更遥远深空的探测重任,更具备着‘运人+运货’的强大本领,这将有力拓展我国载人航天器的应用范围和能力结构。”五院技术专家告诉记者,新一代载人飞船堪称“太空巴士”,在执行近地轨道任务时可以一次运送6-7名航天员。新一代载人飞船还可以根据任务需求,从“太空巴士”变为“太空货车”,给空间站运送大量的补给物资,或者把航天工程师们在空间站所做的一些试验样品带回地球。

试验现场

这一“一船两用”的功能定位得益于特有的中国智慧。五院技术专家告诉记者,为了让新一代载人飞船身兼多能,五院提出基于模块化设计的新一代载人飞船总体设计方案,在梳理后续任务的基础上,将飞行功能需求“合并同类项”,构建了“返回舱+服务舱”的两舱新构型,将因任务不同而性能指标各异的电源、推进、燃料资源等分系统集成到服务舱内,这样就可以实现统一的返回舱、配置不同的服务舱模块来满足近地空间站运营、后续载人航天工程等多任务需求的目标,不仅可以大大缩短研制周期,还可以采取批量化研制模式来降低研制成本,这在未来人类探索宇宙活动越来越频繁时将展现出显著优势。

振动试验

重复使用,达到国际先进水平

随着人类开发太空步伐的加快,进入太空的密度也与日俱增,但是一次性使用的载人飞船制造周期和发射费用无法满足日益扩大的载人航天活动的需求。因此,降低成本是载人航天可持续发展的重要出路,而可重复使用载人飞船和火箭即可大幅降低成本。可重复使用载人飞船是指在执行了一次任务后,只需要通过简单的测试和维护,就可以快速投入下一次任务的飞船。相比一次性载人飞船,可重复使用载人飞船不仅可降低单次任务的成本,还可以大幅缩短任务的准备时间,提高航天发射频次。目前,不少航天大国研制的新一代载人飞船都注重采用可重复使用技术。

热真空试验

为了降低进入太空的成本,新一代载人飞船的返回舱被航天工程师设计成可重复使用,如星敏感器、计算机等一些高价值的设备,经过优化设计由服务舱调整至返回舱安装,这样就可以随返回舱返回后进行回收利用。在返回舱外包覆我国自主研制的新型轻质防热结构,执行完任务后只需更换轻质防热结构,经过规范严格的检测,就可以再次执行载人航天飞行任务了。

“为了能在一次任务中验证更多新技术、新材料,五院研制团队给试验船应用了许多新设计、配置了许多新装备,创造了中国载人航天器领域的多个首次,这充分体现出我国载人航天领域发展‘好、快、省’的发展理念。”五院技术专家告诉记者,在此次任务中,返回舱结构首次采用了密封舱和非密封舱设计,防热结构首次采用了新型轻质耐烧蚀的碳基防热材料满足高速再入热防护需求,首次采用国际上推力最大的新型单组元无毒推进系统,首次使用国内航天器最大的表面张力贮箱。此外,新一代载人飞船试验船上还搭载了我国科研院所的多项有源载荷,将开展太空3D打印等在轨空间应用和空间科学实验,实现一次任务多方受益。

除了经济性,新一代载人飞船在可靠性、安全性、舒适性以及智能化程度等方面也有大幅提升。

在轨飞行模拟图

载人航天人命关天,五院技术人员以提升产品可靠性为立足点,在充分继承神舟系列飞船的可靠性与安全性设计经验基础上,为确保航天员安全加上了多道防护网:通过高性能计算机和敏感器的“组合拳”,使新飞船具备自主应急入轨、自主轨道抬升、自主升力控制等功能,可以快速、从容应对各类突发事件;采用了2具减速伞和3具主伞组成“群伞减速”回收方案,并在备份上进行了科学设计,即使是一具减速伞或主伞失效都能保证舱体减速着陆。

返回舱是航天员在太空工作、生活的“家”,为了让航天员在太空工作得顺心、住得舒心,五院技术人员采用宜居设计理念,充分利用新一代载人飞船舱内空间大的优势,在舱内装饰、设备布局、人机交互界面、整船载人环境设计等方面下足了功夫。在返回舱内设置了工作区、娱乐区、餐饮区以及独立卫生区,鲜明的功能分割能让航天员快速找到“家”的感觉。为了让航天员“枯燥”的太空旅行变得丰富多彩,专门配置了生活娱乐大屏,并为航天员配置了穿戴式显示仪表,让航天员时刻了解飞船的健康状况。