在我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船飛行試驗(yàn)任務(wù)圓滿成功之際，央視《焦點(diǎn)訪談》欄目深入采訪航天科技集團(tuán)五院的多名專家，詳細(xì)解讀新飛船試驗(yàn)船的關(guān)鍵技術(shù)和重大意義。相關(guān)報(bào)道在5月8日晚的《焦點(diǎn)訪談》重磅推出，全方位展示了航天人堅(jiān)持自主創(chuàng)新、追求卓越的良好風(fēng)貌。

兩艙設(shè)計(jì)

2020年5月8日，新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙降落在東風(fēng)回收著陸場(chǎng)預(yù)定區(qū)域。航天科技集團(tuán)五院新一代載人飛船試驗(yàn)船技術(shù)負(fù)責(zé)人楊雷表示，它為未來(lái)新飛船打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)、良好的基礎(chǔ)。因?yàn)檫@次飛船試驗(yàn)飛行，實(shí)際上我們安裝了大量的傳感器，拿到這個(gè)數(shù)據(jù)之后，我們要測(cè)試、分析數(shù)據(jù)，再總結(jié)我們這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，然后進(jìn)一步改進(jìn)之后，可以確定新飛船最終狀態(tài)了。

新一代載人飛船的目標(biāo)是成為同時(shí)滿足我國(guó)近地空間站運(yùn)營(yíng)、載人月球探測(cè)等任務(wù)的新一代天地往返運(yùn)輸飛行器。在三天的飛行試驗(yàn)中，新一代載人飛船試驗(yàn)船的主要任務(wù)就是驗(yàn)證方案的正確性，驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)。新一代載人飛船試驗(yàn)船的艙段組成方案根據(jù)任務(wù)需要進(jìn)行了調(diào)整。以前神舟飛船是三艙方案，由提供動(dòng)力的推進(jìn)艙、航天員往返太空時(shí)乘坐的返回艙和飛船進(jìn)入軌道后航天員工作、生活的軌道艙組成。而新一代載人飛船試驗(yàn)船是兩艙方案，由返回艙和服務(wù)艙兩部分組成，為什么會(huì)有這樣的改變呢？

中國(guó)載人航天工程副總設(shè)計(jì)師、航天科技集團(tuán)五院新一代載人飛船試驗(yàn)船項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張柏楠表示，以前貨運(yùn)飛船叫單程的貨車，只能往上送（貨）像以前（神舟飛船）三艙構(gòu)型，只有返回艙能回來(lái)，軌道艙回不來(lái)，推進(jìn)艙回不來(lái)，就白白損失了兩個(gè)艙。而且返回艙小，其實(shí)好多儀器設(shè)備是沒(méi)法裝進(jìn)去的。我們這次（新飛船試驗(yàn)船上）系統(tǒng)（設(shè)備）很多都是裝在返回艙里，跟以前不太一樣的是以前是分散的，軌道艙有，推進(jìn)艙也有。

兩艙的設(shè)計(jì)讓返回艙、密封艙空間比神舟飛船大了1倍，返回艙大了，意味著飛船可以有更多功能上的可能性，可以搭載更多的航天員、也能運(yùn)輸更多的貨物，新一代載人飛船在執(zhí)行近地軌道任務(wù)時(shí)可以一次運(yùn)送6到7名航天員，超過(guò)神舟飛船承載能力的一倍。還可以根據(jù)任務(wù)需求，從“太空巴士”變?yōu)椤疤肇涇嚒?，給空間站運(yùn)送大量的補(bǔ)給物資，并把寶貴的試驗(yàn)樣品帶回地面進(jìn)一步研究。

楊雷表示，打個(gè)比方，就像汽車，比如原先的神舟飛船，它的返回艙相當(dāng)于我們的A級(jí)車，尺寸比較小，座位一旦確定了以后，它改變的余地就比較小了。但是我們現(xiàn)在尺寸變大了以后，可能相當(dāng)于一個(gè)C級(jí)車了，我可以做成五座，也可以做成七座。五座的時(shí)候就可以裝的東西多，七座的時(shí)候就可以載人多。

重復(fù)使用

讓返回艙實(shí)現(xiàn)載人、運(yùn)貨等多種功能，目的就是在提高可靠性的前提下，節(jié)約成本，關(guān)鍵是飛船返回艙的可重復(fù)使用。

航天科技集團(tuán)五院新一代載人飛船試驗(yàn)船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師黃文宣表示，以往成功飛行的神舟系列飛船，它都是只能使用一次的，當(dāng)飛船返回以后，我們僅能用它來(lái)進(jìn)行展覽和相關(guān)的科學(xué)技術(shù)研究，它極大限制了我們國(guó)家大規(guī)模開(kāi)發(fā)探索太空的效益。

為了兼顧返回艙可重復(fù)使用及新飛船未來(lái)載人登月的需要，防熱結(jié)構(gòu)在具備可拆卸功能的同時(shí)，更需要提升其防熱能力。飛船在返回時(shí)，會(huì)與大氣層劇烈摩擦，產(chǎn)生超高的熱量，速度越快，產(chǎn)生的熱量越大。神舟飛船從近地軌道返回時(shí)以第一宇宙速度，也就是每秒7.9 公里再入，而新一代載人飛船如果從月球或更遠(yuǎn)的深空返回時(shí)，再入速度將達(dá)到第二宇宙速度，也就是每秒11-12公里，將面臨比神舟飛船更高的熱流，返回艙表面溫度將接近3000攝氏度，其承受高溫的時(shí)間也更長(zhǎng)。黃文宣解釋道，在如此高的溫度下普通的材料是無(wú)法承受的，比如說(shuō)鐵（合金）在1300多攝氏度的情況下，就會(huì)被熔化。

要抵擋住這樣的高溫，讓返回艙安然無(wú)恙回來(lái)，還能再次使用，這就需要性能超強(qiáng)的防熱材料。按照設(shè)計(jì)，防熱結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于是返回艙的“外衣”，它們?cè)诟邷叵路纸狻⑷刍?、升華帶走大量熱量，阻止熱量傳遞到飛船內(nèi)部。如此高的溫度下，選取合適的防熱材料,保護(hù)儀器設(shè)備正常工作以及航天員的安全就顯得十分重要。

航天科技集團(tuán)五院新一代載人飛船試驗(yàn)船防熱結(jié)構(gòu)主管工藝師張鵬飛表示，我們前期做的時(shí)候做了好多材料體系，密度很輕的，比如說(shuō)只有水的密度三十分之一的材料，它的性能非常好，但是它的強(qiáng)度太弱了，它不能抵御（壓力），風(fēng)一吹它就跑了。我們也做過(guò)強(qiáng)度很高的，就是密度也很高的，但是它隔熱性能不行。要解決這個(gè)（耐高溫、強(qiáng)度高、密度低）矛盾的過(guò)程是比較痛苦的。

經(jīng)過(guò)艱難的攻關(guān)，科研團(tuán)隊(duì)終于找到了合適的材料。張鵬飛表示這是我們艙上的一塊（備份件），它承受的溫度比較高，所以它的厚度比較厚,有的（位置）承受溫度比較低，所以它可以做得比較薄，這塊我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程做了很多試驗(yàn)，保證它不會(huì)破壞。

5月8日，返回艙抵達(dá)時(shí)，科研人員經(jīng)過(guò)測(cè)算，新型防熱材料的防熱水平達(dá)到設(shè)計(jì)要求，防熱效率比神舟飛船更高。而在這個(gè)返回艙執(zhí)行完任務(wù)后只需更換輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)規(guī)范嚴(yán)格的檢測(cè)，就可以再次執(zhí)行載人航天飛行任務(wù)了。這標(biāo)志著我國(guó)也掌握了相應(yīng)的可重復(fù)使用技術(shù)，讓未來(lái)天地往返運(yùn)輸?shù)某杀窘档汀?/p>

黃文宣表示，其實(shí)這個(gè)防熱結(jié)構(gòu)就可以形象比喻為一個(gè)外套，我們下一次再出門(mén)的時(shí)候，我們“里衣”是可以不用更換的，我們只需要換一件“外套”，就可以出門(mén)了，它也是一個(gè)嶄新的飛船。

安全著陸

據(jù)了解，這一次試驗(yàn)船的返回艙比神舟飛船返回艙重一倍以上，這就需要降落傘有更大的減速面積，確保它能夠安全著陸。這也是飛船回收著陸系統(tǒng)的主要任務(wù)。

航天科技集團(tuán)五院508所回收著陸技術(shù)專家賈賀表示，神舟飛船的降落傘目前單傘是世界上最大的，能達(dá)到1200平米的傘，如果我們?cè)谶@個(gè)基礎(chǔ)上再增加的話首先制造的場(chǎng)地和設(shè)備周期包括驗(yàn)證技術(shù)的難度都非常大，并且它的可靠性也會(huì)降低。

經(jīng)過(guò)評(píng)估，科研人員選擇用三個(gè)降落傘組成的群傘來(lái)解決這個(gè)難題。然而，群傘的難度也更大了。航天科技集團(tuán)五院508所回收著陸領(lǐng)域總工程師黃偉表示，最主要技術(shù)難點(diǎn)就是它互相干擾的問(wèn)題，尤其對(duì)飛船返回艙，因?yàn)樗菍儆诟咚匍_(kāi)傘，安裝的體積很局限。

單傘無(wú)法做得更大，群傘如何避免干擾，這是一個(gè)巨大的難題。為了達(dá)到最優(yōu)效果，科研人員做了大量試驗(yàn)和仿真工作。在這次，返回艙進(jìn)入大氣層，到達(dá)指定高度后，2具減速傘和3 具主傘依次打開(kāi)，成功將返回艙的速度從“飛機(jī)飛行速度”降為“汽車市區(qū)行駛速度”。為了實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，著陸方式也有新的突破，采用無(wú)損著陸，將以往使用的緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)換成了著陸氣囊。

黃偉表示，新一代飛船，它以后有可能作為陸上著陸，也有可能海上著陸，不同的地形用緩沖氣囊的話，適應(yīng)能力更強(qiáng)一些，比如落水的話，緩沖氣囊本身還起到漂浮的作用。

大型群傘技術(shù)和大載重氣囊緩沖系統(tǒng)填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白。

自主變軌

在本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)船還進(jìn)行了7次變軌，從距離地面幾百公里的小橢圓軌道，一路提升到距離地面幾千公里的大橢圓軌道。值得一提的是，此次試驗(yàn)船飛行中的所有變軌，都是由飛船自主完成的。所以這次它更聰明了，就是我去哪，我在哪，這些它都知道。

航天科技集團(tuán)五院502所科技委主任解永春表示，它完全自己都是知道的，而且還知道現(xiàn)在是什么樣的一個(gè)姿態(tài)，朝向是什么樣的。

本次新飛船的試驗(yàn)船較之神舟系列飛船，技術(shù)水平和運(yùn)輸能力有了很大提升，但所用時(shí)間其實(shí)并不長(zhǎng)，從2017 年到 2019 年，在短短 3 年時(shí)間就完成了新飛船試驗(yàn)船的研制工作。

張柏楠表示，研制神舟飛船的時(shí)候，咱們國(guó)家的技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，那時(shí)候我們總共十多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，基本上得從零開(kāi)始。那時(shí)候挺難的，什么事都得自己（從頭）弄。現(xiàn)在是全自主，而且材料性能比以前好得多而且基本上提出你想要什么樣的材料很快就能提供給你材料，感覺(jué)上好像攻關(guān)似乎不像上次那么難。整體水平提高了包括工業(yè)基礎(chǔ)。它主要得益于這么多年咱們國(guó)家，創(chuàng)新的成果和強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)使我們能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

試驗(yàn)船的任務(wù)是對(duì)未來(lái)我國(guó)新一代載人飛船的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，后續(xù)科研人員將對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行整理、分析。此次任務(wù)按照規(guī)劃測(cè)試了部分系統(tǒng)、部分項(xiàng)目，而在未來(lái)還將對(duì)其它系統(tǒng)和項(xiàng)目繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試、驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行優(yōu)化、完善，直到新一代載人飛船正式生產(chǎn)。