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中国航天向载人探月迈进一大步

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。

三朵巨大的红白“伞花”在中国东风着陆场上空盛放,新一代载人飞船试验船返回舱仿佛按下了“慢放键”,缓缓摇曳着向地面降落。

北京航天飞行控制中心的大厅里,科研人员紧张地注视着大屏幕上的同步画面。返回舱离地面越来越近,6个气囊打开,落地缓冲,平稳着陆。期待许久的掌声回荡在整个大厅内。

5月8日,新一代载人飞船试验船返回舱成功降落在东风着陆场预定区域,这标志着试验船飞行试验任务圆满成功,同时也意味着中国载人航天事业开启了新的篇章。

此次任务主要验证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。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。

从成功发射到安全返回,新一代载人飞船试验船表现堪称完美,铺就了通往太空的新“天路”。关系到任务成败的7项关键技术一一得到验证,为下一阶段的新飞船研制指明了方向:

——在轨飞行阶段,新一代载人飞船试验船首次采用的、国际上推力最大的单组元无毒发动机成功完成首秀。

——新一代载人飞船试验船首次采用的中国目前空间飞行器最大容积表面张力贮箱表现完美。

——再入返回阶段,新一代载人飞船试验船首次采用的新型防热结构与材料经受考验。

——新一代载人飞船试验船首次采用的群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术,护航回家路。

——为新一代载人飞船试验船量身定制的在轨数据获取系统,为未来研制提供科学支撑。

试验船飞行任务的圆满成功,标志着中国新一代载人飞船已具备雏形。后续,中国空间技术研究院将结合任务需求,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。

这次圆满完成任务的是新一代载人飞船的“试验款”,专家介绍此次试验的新飞船,可以用几个关键词来概括:

——更舒适安全。飞船个头很大,可乘坐6到7名航天员。跟“三座”的神舟飞船相比,直径扩大了60%、吨位提升了175%,“内存”容量增加了140%。

——更智能自主。舒适安全的座驾也必将伴随更智能的驾驶功能,与以往行驶路线调整需要飞船和地面测控配合完成不同,飞船的GNC系统可以独立控制飞船飞行,进一步提高了自主运行能力、在轨生存能力和应用潜力,同时降低了维护运营成本。

——更高性价比。随着我国航天事业的发展,新一代载人飞船将面临频繁的天地往返运输任务,这就需要研发更经济、更高效的交通工具。新一代载人飞船便计划通过适应多任务来降低研制成本,通过可重复使用来降低使用成本。

据了解,这一新型防热材料由五院529厂研制,它在具备防热超能力的同时,重量比传统材料降低了30%。这种同时具备轻量化、高强度、抗烧蚀等性能的防热材料,突破了国内三维纤维结构增强抗烧蚀纳米材料体系研发技术,开创了大型防热结构一体化制备技术的应用先河,未来将有力支撑我国多个型号发展。

五院502所GNC系统工程师们为试验船设计了新型预测-校正轨迹控制策略,能够根据当前飞行状态,准确判断与目的地的偏差,以及任务的特殊要求,根据判断结果调整升力方向并决定后续飞行轨迹,进而精准地控制试验船完成再入飞行。如果研究试验船的轨迹,会发现是一条弯弯曲曲的“蛇形”,这就是GNC系统指引它走出的平安回家之路。

如果沿用传统的单伞减速方案,要研制更大的降落伞,这从技术和经济方面都不是最合适的选择。为此五院508所科技团队设计了3具与神舟飞船降落伞面积相当的降落伞,组成群伞系统完成空中减速。这3具降落伞不是简单的组合,它们既能齐心协力、相互扶持,又能和睦相处、互不干扰。

返回舱落地时,当然不能硬邦邦地砸下来。试验船底部安装了6个气囊,帮助舱体平稳软着陆。

为了适应试验船的大重量,五院508所设计了大型缓冲气囊,每个气囊充满气后相当于卡车轮胎大小。针对不同着陆情况,这6个“轮胎”会先后排气,确保返回舱平稳落地。

五院西安分院研制的GNSS天线网络,是帮助返回舱与地面取得联系的关键设备。返回舱的降落地点、搜救信号等都要通过该天线网络发送出去,可以说,它是返回舱随身携带的“救生电话”。

由于返回舱在重返地球过程中,经历的环境极其恶劣和复杂,实际落地位置可能超出预定搜索范围,甚至落在海上。如果出现这种情况,五院510所研制的国际救援示位标将发挥作用。该设备发射的无线电信标信号,能够被全球海事卫星搜救系统识别,从而让搜救人员快速找到返回舱。

除此以外,试验船内还有不少其他“乘客”——自神舟一号飞行任务开始,中国载人航天工程办公室在每次飞行试验任务中,都安排了实验类搭载项目,先后搭载过特色花卉、野生菌、中药材、经济作物等近百个品种的籽种、枝条、菌种,促进太空生物科技产业发展。

与神舟飞船相比,航天员在新一代载人飞船中住得更好、更舒适。新一代载人飞船高约9米,最胖的“腰围”约4.5米,体重超过20吨,堪称“太空巴士”。跟神舟飞船三舱结构不同,新飞船由两舱构成:返回舱+服务舱。其中,返回舱是整船的指令中心,也是航天员生活居住的地方;而服务舱则提供动力和能源。

以前航天员的生活工作需要在两个较小的舱之间往返,而新一代载人飞船的返回舱密封舱空间更大,未来可根据任务需求,打造工作区、娱乐区、餐饮区以及卫生区,为航天员提供更舒适的生活居住环境。返回舱可配置穿戴式显示仪表和生活娱乐大屏,让航天员时刻了解新飞船的健康状况,使其太空旅行更加丰富多彩。

相比神舟飞船的钟型外形,新一代载人飞船有着流畅的倒锥型钝头体气动外形。倒锥型空气升力更大,能在以接近第二宇宙速度高速返回时依靠空气阻力减速,让新一代载人飞船更加平稳、精准地降落。

新一代载人飞船是面向中国载人月球探测、空间站运营等任务需求而论证的具有国际先进水平的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、模块化、多任务、可重复使用等特点,可提高中国载人飞船的乘员人数和货物运输能力。

方面,中国载人航天工程正稳步推进,另一方面,中国月球探测工程也稳扎稳打,而且两者基本同步开启“三步走”的第三步征程。航天专家称,以中国航天60多年的经验积累和持续发展为基础,载人航天与月球探测各自完成第三步之后,双方融合发展的载人探月,必将正式提上议事日程。

同时,它还意味着,中国航天已经开始向开展载人探月迈出重要而且关键的一大步。可以说,中国载人探月,未来正一步步到来。

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