据中国载人航天工程办公室消息，2020年5月8日，我国新一代载人飞船试验船返回舱（以下简称“试验船”）在东风着陆场预定区域成功着陆，试验取得圆满成功。这次成功发射的试验船是新一代载人飞船的“试验款”，主要是对高速再入返回防热、控制和回收着陆等关键技术进行飞行验证。从这次成功返回地面的“试验船”身上可以管窥到面向未来我国载人月球探测、空间站运营等重大任务需求的新一代载人飞船的强大性能。
新一代载人飞船试验船在轨飞行模拟图
“新飞船”颜值爆表
新一代载人飞船试验船于5月5日搭载长征五号B火箭从文昌航天发射场发射升空，在轨飞行2天19小时，完成多项空间科学实验和技术试验，验证了新一代载人飞船高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术。新飞船的高“颜值”首先体现在它和“大哥”神舟不同的构型上。环球时报-环球网记者从航天科技集团第五研究院（以下简称“五院”）了解到，新飞船有着流畅的倒锥型钝头体气动外形和巨大体型。相比神舟飞船的钟型，倒锥型升阻比更大，能在以第二宇宙速度高速返回时依靠空气阻力减速，更加平稳、精准地落地。新飞船个头很大，身高近9米，最胖的“腰围”约4.5米，体重超过20吨。跟神舟三舱结构不同，新飞船由返回舱+服务舱两舱构成：返回舱是整船的指令中心，也是航天员生活居住的地方；服务舱提供动力和能源。
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，技术人员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功夫。据五院专家介绍，返回舱内设置了工作区、娱乐区、餐饮区以及独立卫生区。为了让航天员“枯燥”的太空旅行变得丰富多彩，新飞船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健康状况。新一代飞船返回舱穿了两件“衣服”，里面相当于“墙壁”的一层用新型金属材料做成，围出航天员的“驾驶室”，容积大、密封性好、舱内视野遮挡少。“外衣”是耐烧蚀的新型轻质防热材料打造而成，在重量比神舟飞船降低超过30%的基础上，防热效率比神舟飞船更高，不仅守护了返回舱的安全，而且首次采用的可拆卸更换设计，将有效提高可重复使用率。新飞船头上的“帽子”可保护脆弱而金贵的对接器，和其他飞行器对接时，可以把“帽子”摘下来露出里面的对接机构，等返回地球时再把“帽子”戴上，保护里面的设备再入大气时不被烧坏。
新一代载人飞船试验船总装现场
“新飞船”一专多能
“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”，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。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，或把航天工程师在空间站所做的一些试验样品带回地球。
据五院技术专家介绍，为了让新一代载人飞船身兼多能，研制单位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。
“新飞船”靠谱又“会过”
试验船的返回舱成功降落在酒泉东风着陆场预定区域，成功验证了多项关键技术，其中大都与新飞船安全可靠性息息相关。据专家介绍，载人航天人命关天，研制团队通过多项“黑科技”来保证飞船的可靠性：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；采用两具减速伞和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，即使一具减速伞或主伞失效仍能保证舱体减速着陆。
据环球时报-环球网记者了解，为了验证更多的技术和设备，研制团队为试验船安排了高密度的飞行事件。在轨飞行过程中，试验船要完成数十个关键动作，开展多项搭载试验，验证多个关键技术：在轨飞行阶段，首次采用的国际上推力最大的单组元无毒发动机成功完成首秀。该发动机使用的推进剂后续将全面替代现有推进剂，进一步提高航天员的安全性。更加智能的自主轨道控制技术发挥出色。在轨运行期间，姿控发动机进行姿态控制，保持了三轴对地姿态以及变轨和制动期间的姿态稳定性；轨控发动机实现多次变轨，并成功执行返回制动，精准操控着试验船完成太空飞行。再入返回阶段，首次采用的新型防热结构与材料经受考验。整个防热结构在重量同比降低超过30%的基础上，保持极高防热效率。采用的新型轻质防热材料承受住了再入返回过程中上千度的高温烧蚀，守护了返回舱的安全。本次任务中首次采用群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术护航返回舱回家路。返回舱进入大气层，到达指定高度后，两具减速伞和3具主伞依次打开，成功将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”；落地之前，6个气囊充气打开，帮助舱体平稳“软着陆”，最大程度保证返回舱安全、完整回收。
之所以说新飞船“会过”，首先是因为新飞船采用“搭积木”式的模块化设计。通过相同的返回舱和不同的服务舱的配置就可以满足不同任务需求。其次，新一代载人飞船的返回舱采用可重复使用设计，如星敏感器、计算机等一些高价值设备，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。而且返回舱外包覆的防热结构首次采用可拆卸更换设计，能够有效提高可重复使用率。返回后只需进行一次“体检”，更换一套新的防热结构，返回舱就又能投入下一次任务。
新一代载人飞船试验船产品吊装现场
“新飞船”意义不凡
提起中国载人飞船，大家最熟悉的是神舟飞船。自1992年立项研制以来，神舟飞船先后将11名航天员顺利送入太空并安全返回。既然有了成熟的神舟飞船，研制新飞船是出于什么样的考量呢？当中国将目光投向月球和更遥远的深空后，神舟飞船和天舟货运飞船这两款航天器，已不能完全满足需求了。相比神舟飞船，新飞船可以飞得更远，不仅可送航天员往返离地球近400公里的中国载人空间站，还能完成38万公里外的载人登月甚至去更远的星球探险；相比天舟货运飞船，新飞船未来可以从近地空间站下行运输货物，有着二者兼具的“载人+载物”的强大本领。但它们并不是替代关系，而是互相补充，如果“大哥”神舟飞船解决的是航天员顺利进入太空并安全返回地面的难题，那么新飞船解决的是如何更安全、更舒适、更智能、更经济地进入太空，开展更远深空探测的难题。
那从这次在轨验证的“试验船”到未来的新一代载人飞船之间还有多远呢？其实，早在2016年，“多用途飞船缩比返回舱”已经利用长征七号首飞成功验证返回舱的气动外形等关键技术。这次试验船更进一步，对高速再入返回防热、控制和群伞回收等更多关键技术进行飞行验证。环球时报-环球网记者从五院了解到，此次任务研制团队还为试验船量身定制在轨数据获取系统，再入返回过程中，该系统通过测量返回舱大底和侧壁表面特征点的压力和温度，获取返回舱高速再入过程的气动力和热特性参数；通过多种传感器网络，获取船箭分离冲击载荷以及运载发射、在轨飞行和返回着陆过程的载荷环境。而这些宝贵数据将为后继型号研制优化提供重要参考。所以未来新一代载人飞船会比现在的试验船更完美。
据五院专家介绍，经过任务验证，新一代载人飞船试验船的主要技术指标已达到国际先进水平。与国际先进天地往返航天器相比，我国新一代载人飞船的能力毫不逊色，具备适应多任务需求能力、更大的轨道机动能力、兼顾陆上和水上着陆能力等。试验船飞行任务的圆满成功，标志着我国新一代载人飞船已具备雏形。后续研制单位将结合任务需求，开展新一代载人飞船总体方案深化论证，尽快完善和研制具备高承载人数和货运运输能力、适应近地空间站和载人深空探测任务的新一代载人飞船，使我国载人天地往返运输技术全面实现由跟跑到并跑的跨越。
环球时报-环球网报道 记者刘扬 特约记者 保石 薛飞 代振莹
