中国航天|远征月球 新一代载人飞船有何秘技?

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   “神舟”是中国航天“老牌明星”,也是中国现役唯一一款载人飞船,它技术成熟,可靠性高,但要应付未来更艰巨太空任务,却已显不足。为此中国科学家正研发新一代载人飞船,它的运载量更大、可以重覆使用,而且不单能满足往返太空站任务的需要,还可以飞得更远,包括把中国太空人送上月球。

中国航天新一代载人飞船 2020年已升空试验

   这款新飞船虽然未知服役的具体时间,连名字也没定下来,官方暂称之为“新一代载人飞船”,但它的无人试验船已经上天:2020年5月5日,一艘无人试验船由长征五号B运载火箭发射,在地球轨道上运行2天又19小时后,返回舱于5月8日返回地球,在东风着陆场降落。

  2021年9月开幕的第十三珠海航展,展出的新一代载人飞船返回舱就成为焦点。

  研发的航天科技集团五院专家曾指出,新一代载人飞船的目标是一船多用,既要用于搭载太空人往返离地面约400公里低轨道上的中国太空站,也要飞到38万公里外,完成载人月球探测的新一代航天任务,甚至可能会到更遥远的深空。

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新一代载人飞船无人试验船的返回舱在酒泉卫星发射中心的东风着陆场降落,该处将是未来中国载人航天唯一着陆场。(网上图片)

  与此同时,它既要是足以接载更多太空人的“太空巴士”,也要是能执任货运任务的“太空货车”,还必须要重复使用。

  正因任务升级,新一代载人飞船较之沿用多年的神舟飞船有重大改变,最直观的一点,是“个头”大了很多。它全长8.8米,虽然比神舟还稍短,但直径却达到4.5米,比神舟足足大了60%,与美、俄设计中的新一代飞船看齐;其发射重量达到21.6吨,几乎是神舟(7.84吨)的3倍。

中国航天新一代载人飞船 能载6至7名太空人

  新一代载人飞船的布局也有革新。1992年开始研发的神舟飞船,设计之初参考了苏联上世纪60年代的“联盟”系列飞船,采用了现在有点过时的3舱方案,全船由提供动力的推进舱、太空人往返太空时乘坐的返回舱,以及飞船进入轨道后太空人工作、生活的轨道舱组成。

  在这种设计下,返回舱占所占位置相对较小,很多仪器设备只能分散安装到轨道舱和推进舱里,令结构变得复杂。

新一代载人飞船和美、俄研发中的飞船设计类似。

  新一代载人飞船则把设计“浓缩”为返回舱、服务舱两部分。作为飞船控制中心、也是航天员生活的返回舱,所占位置大了,飞船的仪器设备可以集中安装在其返回舱内;这除了结构较简单外,因为新一代载人飞船是要重覆使用的,所以该部分设备仪器也可以经检查维修后再用,大量节省成本。

  它还能分隔成工作区、餐饮区、卫生区等部份,为“长途飞行”的太空人提供更舒适环境。

  据报道,在体形增大、布局更新下,新一代载人飞船的返回舱空间比神舟增加了140%,达到至13立方米,除了容纳更多设备仪器,更使它运行太空站任务时,每次可运送6到7名太空人,比神舟的3人翻了一番。

中国航天新一代载人飞船 可重复使用10次 

  新一代载人飞船载货能力亦大为提升,当它变为“太空货车”,能给太空站送上多达4吨的补给物资,这虽然比不上天舟货运飞船,但它能把2.5吨实验样本带回地球,这却是天舟不能比拟的;天舟“送快递”后会掉进大气层烧毁,不具备重返地球能力。

  在布局“浓缩”后,新一代载人飞船就能使用更大的服务舱,可以携带更多的推进剂和任务设备,以支持更大航程的登月飞行。

  当然,新一代载人飞船采用模块化设计,用于登月时,内部会按需要重新构造,与运行太空站任务有所不同;登月时它的“载客量”也将是3人左右。

新一代载人飞船的返回舱空间比神舟大得多,可搭载更多太空人和设备。图为运行神舟九号航天飞行任务的航天员乘组景海鹏、刘旺、刘洋在返回舱进行手控交会对接训练。(图片来源:视觉中国)

  消息指中国已锁定在2030年前后实现载人登月,新飞船将肩负这重任。

  说到运行登月任务,新一代载人飞船除了要飞得远,还要面临另一重挑战,就是它返回地球的速度将更快,进入大气层时会达到第二宇宙速度,亦即每秒11至12公里,其舱面温度也会相应更高,达到近3,000度。

  要抵挡如此高温,新一代载人飞船用上最新研发的耐烧蚀新型轻质防热材料作“外衣”,而这层损耗最大的“外衣”是可以更换的,这是新飞船重复使用的基础。

  据报道,研制人员还用防热结构给新一代载人飞船设计了一个“帽子”,当老与其他飞行器(例如太空站)对接时,这“帽子”会掀开,露出里面的对接部件,等返回地球的时候再把“帽子”戴上,以保护这些重复使用的部件不被烧坏。

  上文已多次提到新一代载人飞船可以重复使用,那它到底可以重复使用多少次呢?研制团队所定下的目标是10次。

新一代载人飞船体型比神舟大得多,日后将由运载力强劲的长征五号B火箭发射。图为2020年5月长征五号B火箭发射新一代载人飞船的无人试验船。(网上图片)

 

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