中國航天|遠征月球 新一代載人飛船有何秘技?

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   「神舟」是中國航天「老牌明星」,也是中國現役唯一一款載人飛船,它技術成熟,可靠性高,但要應付未來更艱巨太空任務,卻已顯不足。為此中國科學家正研發新一代載人飛船,它的運載量更大、可以重覆使用,而且不單能滿足往返太空站任務的需要,還可以飛得更遠,包括把中國太空人送上月球。

中國航天新一代載人飛船 2020年已升空試驗

   這款新飛船雖然未知服役的具體時間,連名字也沒定下來,官方暫稱之為「新一代載人飛船」,但它的無人試驗船已經上天:2020年5月5日,一艘無人試驗船由長征五號B運載火箭發射,在地球軌道上運行2天又19小時後,返回艙於5月8日返回地球,在東風着陸場降落。

  2021年9月開幕的第十三珠海航展,展出的新一代載人飛船返回艙就成為焦點。

  研發的航天科技集團五院專家曾指出,新一代載人飛船的目標是一船多用,既要用於搭載太空人往返離地面約400公里低軌道上的中國太空站,也要飛到38萬公里外,完成載人月球探測的新一代航天任務,甚至可能會到更遙遠的深空。

  延伸閱讀:我國新一代載人飛船試驗船完成測試

新一代載人飛船無人試驗船的返回艙在酒泉衛星發射中心的東風着陸場降落,該處將是未來中國載人航天唯一着陸場。(網上圖片)

  與此同時,它既要是足以接載更多太空人的「太空巴士」,也要是能執任貨運任務的「太空貨車」,還必須要重複使用。

  正因任務升級,新一代載人飛船較之沿用多年的神舟飛船有重大改變,最直觀的一點,是「個頭」大了很多。它全長8.8米,雖然比神舟還稍短,但直徑卻達到4.5米,比神舟足足大了60%,與美、俄設計中的新一代飛船看齊;其發射重量達到21.6噸,幾乎是神舟(7.84噸)的3倍。

中國航天新一代載人飛船 能載6至7名太空人

  新一代載人飛船的布局也有革新。1992年開始研發的神舟飛船,設計之初參考了蘇聯上世紀60年代的「聯盟」系列飛船,採用了現在有點過時的3艙方案,全船由提供動力的推進艙、太空人往返太空時乘坐的返回艙,以及飛船進入軌道後太空人工作、生活的軌道艙組成。

  在這種設計下,返回艙佔所佔位置相對較小,很多儀器設備只能分散安裝到軌道艙和推進艙裏,令結構變得複雜。

新一代載人飛船和美、俄研發中的飛船設計類似。

  新一代載人飛船則把設計「濃縮」為返回艙、服務艙兩部分。作為飛船控制中心、也是航天員生活的返回艙,所佔位置大了,飛船的儀器設備可以集中安裝在其返回艙內;這除了結構較簡單外,因為新一代載人飛船是要重覆使用的,所以該部分設備儀器也可以經檢查維修後再用,大量節省成本。

  它還能分隔成工作區、餐飲區、衛生區等部份,為「長途飛行」的太空人提供更舒適環境。

  據報道,在體形增大、布局更新下,新一代載人飛船的返回艙空間比神舟增加了140%,達到至13立方米,除了容納更多設備儀器,更使它執行太空站任務時,每次可運送6到7名太空人,比神舟的3人翻了一番。

中國航天新一代載人飛船 可重複使用10次 

  新一代載人飛船載貨能力亦大為提升,當它變為「太空貨車」,能給太空站送上多達4噸的補給物資,這雖然比不上天舟貨運飛船,但它能把2.5噸實驗樣本帶回地球,這卻是天舟不能比擬的;天舟「送快遞」後會掉進大氣層燒毀,不具備重返地球能力。

  在布局「濃縮」後,新一代載人飛船就能使用更大的服務艙,可以攜帶更多的推進劑和任務設備,以支持更大航程的登月飛行。

  當然,新一代載人飛船採用模塊化設計,用於登月時,內部會按需要重新構造,與執行太空站任務有所不同;登月時它的「載客量」也將是3人左右。

新一代載人飛船的返回艙空間比神舟大得多,可搭載更多太空人和設備。圖為執行神舟九號航天飛行任務的航天員乘組景海鵬、劉旺、劉洋在返回艙進行手控交會對接訓練。(圖片來源:視覺中國)

  消息指中國已鎖定在2030年前後實現載人登月,新飛船將肩負這重任。

  說到執行登月任務,新一代載人飛船除了要飛得遠,還要面臨另一重挑戰,就是它返回地球的速度將更快,進入大氣層時會達到第二宇宙速度,亦即每秒11至12公里,其艙面溫度也會相應更高,達到近3,000度。

  要抵擋如此高溫,新一代載人飛船用上最新研發的耐燒蝕新型輕質防熱材料作「外衣」,而這層損耗最大的「外衣」是可以更換的,這是新飛船重複使用的基礎。

  據報道,研製人員還用防熱結構給新一代載人飛船設計了一個「帽子」,當老與其他飛行器(例如太空站)對接時,這「帽子」會掀開,露出裏面的對接部件,等返回地球的時候再把「帽子」戴上,以保護這些重複使用的部件不被燒壞。

  上文已多次提到新一代載人飛船可以重複使用,那它到底可以重複使用多少次呢?研製團隊所定下的目標是10次。

新一代載人飛船體型比神舟大得多,日後將由運載力強勁的長征五號B火箭發射。圖為2020年5月長征五號B火箭發射新一代載人飛船的無人試驗船。(網上圖片)

 

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