試驗(yàn)船進(jìn)行大載重氣囊著陸緩沖技術(shù)試驗(yàn)

打造中的試驗(yàn)船

5月8日，我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船在圓滿完成了預(yù)定任務(wù)后，在酒泉東風(fēng)回收著陸場(chǎng)成功著陸。這標(biāo)志著該試驗(yàn)船的飛行試驗(yàn)任務(wù)圓滿完成，也意味著中國(guó)載人航天工程邁出了探索浩瀚宇宙新的一步。

具有三大特征

我國(guó)新一代載人飛船具有世界在研超一流載人飛船的三大特征:

一是用途十分廣。以往的載人飛船分兩種，一種是像“聯(lián)盟”“神舟”載人飛船那樣的衛(wèi)星式飛船，即像人造地球衛(wèi)星似的載人在近地軌道繞地球飛行;另一種是像“阿波羅”載人飛船那樣的登月式飛船，即載人來往于地月之間。而新一代載人飛船則既可以在近地軌道飛行，為空間站提供人員和物資的天地往返運(yùn)輸，也能完成載人月球探測(cè)等載人深空探測(cè)任務(wù)，甚至還可以運(yùn)貨。

二是運(yùn)載能力大，載人多。它每次可以運(yùn)送4至7人，而目前使用的“聯(lián)盟”和“神舟”載人飛船每次最多可運(yùn)3人。雖然新一代飛船采用兩艙構(gòu)型，但其直徑比“神舟”“聯(lián)盟”載人飛船都大。其目的是把內(nèi)部加壓空間都集中在一個(gè)艙段內(nèi)，以便明顯增加航天員的舒適度，多搭乘航天員，降低成本，提高可靠性。

三是可以重復(fù)使用。因此，它能大大降低載人飛船的飛行成本，而至今發(fā)射過的所有載人飛船都是一次性使用的。

新一代載人飛船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是具備高安全、高可靠、適應(yīng)多任務(wù)和模塊化。此次發(fā)射的試驗(yàn)船主要對(duì)新一代載人飛船進(jìn)行高速再入返回防熱、控制和群傘回收等七大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行飛行驗(yàn)證，為未來載人航天奠定了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

創(chuàng)造多個(gè)首次

新一代載人飛船是面向我國(guó)載人航天未來發(fā)展需求而論證的新一代載人天地往返運(yùn)輸飛行器，全長(zhǎng)約9米，最大直徑4.5米，最大發(fā)射重量23噸。在充分繼承我國(guó)載人航天工程已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，它在結(jié)構(gòu)、推進(jìn)、回收、能源、熱控、電子、人機(jī)交互和可重復(fù)使用等方面采用了一系列先進(jìn)技術(shù)，使飛船具備高可靠、高安全、低成本和宜居的特點(diǎn)。

為了能在一次任務(wù)中驗(yàn)證更多新技術(shù)、新材料，中國(guó)空間技術(shù)研究院飛船工程師在新一代飛船試驗(yàn)船上應(yīng)用了許多新設(shè)計(jì)、配置了許多新裝備，創(chuàng)造了中國(guó)載人航天器領(lǐng)域的多個(gè)首次，這充分體現(xiàn)出我國(guó)載人航天領(lǐng)域發(fā)展“好、快、省”的發(fā)展理念。

例如，在此次任務(wù)中，返回艙結(jié)構(gòu)首次采用了密封艙和非密封艙設(shè)計(jì);防熱結(jié)構(gòu)首次采用了新型輕質(zhì)耐燒蝕的碳基防熱材料，以滿足高速再入熱防護(hù)的需求;首次采用了國(guó)際上推力最大的新型單組元無毒推進(jìn)系統(tǒng);首次采用了國(guó)內(nèi)航天器最大的表面張力貯箱。此外，新一代載人飛船試驗(yàn)船上還搭載了我國(guó)科研院所的多項(xiàng)有源載荷，開展了太空3D打印等在軌空間應(yīng)用和空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一次任務(wù)多方受益。

改為大“兩居室”

跟“神舟”飛船三艙式結(jié)構(gòu)不同，新一代載人飛船采用兩艙式構(gòu)型，由返回艙與服務(wù)艙組成。其返回艙是整船的指令中心，也是航天員生活居住的地方，可乘坐6至7名航天員;服務(wù)艙是整船能源與動(dòng)力中心。

返回艙采用金屬結(jié)構(gòu)與防熱結(jié)構(gòu)分開的雙層殼結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于“內(nèi)衣”的金屬結(jié)構(gòu)里面是航天員的“駕駛室”，只安裝了環(huán)控生保、人機(jī)交互等直接關(guān)系到航天員生命安全和飛船操控的設(shè)備，這樣就騰出了大量空間，也最大程度地避免了大量設(shè)備和航天員共處一室的安全隱患，因而具有容積大、密封性好、艙內(nèi)視野遮擋少等特點(diǎn)。

采用這種設(shè)計(jì)方式，可以使設(shè)備不占空間，讓人的活動(dòng)空間大大增加。新飛船的“駕駛室”可以分為工作區(qū)、娛樂區(qū)、餐飲區(qū)以及衛(wèi)生區(qū)，能為航天員提供更舒適的乘坐環(huán)境。據(jù)悉，未來這里還將配置生活?yuàn)蕵反笃?，讓航天員的太空旅行變得更加豐富多彩;配置穿戴式顯示儀表，讓航天員可以時(shí)刻了解飛船的健康狀況。

相當(dāng)于“外衣”的防熱結(jié)構(gòu)采用了耐燒蝕的新型輕質(zhì)防熱材料，在重量比“神舟”飛船降低超過30%的基礎(chǔ)上，防熱效率則達(dá)到“神舟”飛船的3倍。

“內(nèi)衣”可重復(fù)用

目前，世界上所有已投入使用的載人飛船都是一次性使用的，因?yàn)椴荒芟窈娇诊w機(jī)重復(fù)使用，所以成本很高。為了降低進(jìn)入太空的成本，未來載人飛船的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)就是重復(fù)使用。

我國(guó)新一代載人飛船的返回艙是可重復(fù)使用的。它采用金屬結(jié)構(gòu)與防熱結(jié)構(gòu)分開的設(shè)計(jì)方式，返回后只需要更換防熱結(jié)構(gòu)即可，金屬結(jié)構(gòu)和艙內(nèi)設(shè)備能重復(fù)使用。例如，星敏感器、計(jì)算機(jī)等一些高價(jià)值的設(shè)備，原先都是放在服務(wù)艙里的，落入大氣層時(shí)會(huì)被燒毀。現(xiàn)在，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，把它們由服務(wù)艙調(diào)整至返回艙安裝，這樣就可以隨返回艙返回地面后進(jìn)行回收利用。在返回艙外包覆我國(guó)自主研制的新型輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)，執(zhí)行完任務(wù)后只需更換輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過規(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。

對(duì)接機(jī)構(gòu)也很“金貴”，為此，工程師用與防熱結(jié)構(gòu)一樣的材料給飛船設(shè)計(jì)了一個(gè)“帽子”。飛船與其他飛行器對(duì)接的時(shí)候就把“帽子”掀開，露出里面的對(duì)接機(jī)構(gòu)，等返回地球的時(shí)候再把“帽子”戴上，以保護(hù)里面的設(shè)備再入大氣層時(shí)不被燒壞，從而可以繼續(xù)使用。這樣的設(shè)計(jì)，可以比“神舟”返回艙回收更多的高級(jí)設(shè)備。

換句話說，我國(guó)新一代載人飛船返回艙每次返回后，只需要更換“外衣”就行，相當(dāng)于“內(nèi)衣”的金屬結(jié)構(gòu)艙可重復(fù)使用。

具有多種用途

由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，所以新一代載人飛船既能用于近地軌道的載人天地往返，為我國(guó)空間站提供人員和物資的運(yùn)輸，也可適應(yīng)近地軌道飛行、載人月球探測(cè)和載人深空探測(cè)等多種任務(wù);既能用于載人，也可完成貨運(yùn)飛船的任務(wù)，也就是可把“太空巴士”快速變?yōu)椤疤肇涇嚒保o空間站運(yùn)送大量的補(bǔ)給物資，或者把在空間站所做的一些實(shí)驗(yàn)或試驗(yàn)樣品帶回地球。

為了讓新一代載人飛船身兼多職，飛船工程師采用了“合并同類項(xiàng)”的設(shè)計(jì)思路。具體說就是把因任務(wù)不同而性能指標(biāo)各異的電源、推進(jìn)、燃料和資源等分系統(tǒng)集成到服務(wù)艙內(nèi)，這樣就能實(shí)現(xiàn)用統(tǒng)一的返回艙、配置不同的服務(wù)艙模塊，來滿足近地空間站運(yùn)營(yíng)、后續(xù)載人航天工程等多任務(wù)需求的目標(biāo)。采用這樣的先進(jìn)設(shè)計(jì)，不僅能大大縮短研制周期，還可以采取批量化研制模式來降低研制成本。

簡(jiǎn)單地說，為了實(shí)現(xiàn)多功能使用，新一代載人飛船采用“搭積木”式的模塊化設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的需求，通過相同的返回艙和不同的服務(wù)艙的配置就可以完成任務(wù)。

實(shí)驗(yàn)太空3D打印

在新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙中，搭載了一臺(tái)3D打印機(jī)，這是我國(guó)首次進(jìn)行太空3D打印實(shí)驗(yàn)，也是國(guó)際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn)。

這次打印的對(duì)象有兩個(gè)，一個(gè)是蜂窩結(jié)構(gòu)(代表航天器輕量化結(jié)構(gòu))，另外一個(gè)是CASC(中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司)標(biāo)志。

飛行期間，我國(guó)自主研制的“復(fù)合材料空間3D打印系統(tǒng)”，自主完成了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的樣件打印，并驗(yàn)證了微重力環(huán)境下復(fù)合材料3D打印的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

據(jù)悉，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外航天器結(jié)構(gòu)的主要材料，密度低、強(qiáng)度高。開展復(fù)合材料空間3D打印技術(shù)研究，可以實(shí)現(xiàn)按需制造，并支持我國(guó)空間站在軌擴(kuò)建，這對(duì)于未來空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、發(fā)展空間超大型結(jié)構(gòu)在軌制造具有重要意義。

另外，飛船在軌還完成了一項(xiàng)用于未來讓航天員享受“智能家居”太空生活的高速局域網(wǎng)試驗(yàn)。其上裝有一個(gè)名叫“時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)星載原型系統(tǒng)”，它可將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)通成一個(gè)高速局域網(wǎng)，速率達(dá)到了千兆網(wǎng)的水平。

通俗地說，在一般的居家生活中，電視、空調(diào)、音響等都有各自的遙控器。但在智能家居環(huán)境下，通過局域網(wǎng)，能把所有家用電器聯(lián)通在一起，用一個(gè)平板電腦就能控制。

未來的大型復(fù)雜航天器里面的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)不僅數(shù)量多，相互間的通信關(guān)系也非常復(fù)雜。在載人航天器上加入了這套“時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)星載原型系統(tǒng)”之后，就能把整個(gè)航天器做成一個(gè)類似大家庭局域網(wǎng)的狀態(tài)，形成類似智能家居的智能航天器信息體系。屆時(shí)，航天員用一個(gè)平板電腦，就能對(duì)飛船或空間站上的所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化控制。這樣不僅操作簡(jiǎn)便，也極大減輕了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的壓力。