神舟十三號(hào)順利返回地球,皆大歡喜。與此同時(shí),看到這條新華社新聞,
中國(guó)載人航天工程辦公室主任郝淳17日在國(guó)新辦新聞發(fā)布會(huì)上表示,我國(guó)將研制新一代載人運(yùn)載火箭和新一代載人飛船,其中,新一代載人運(yùn)載火箭和新一代載人飛船的返回艙都能實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用。新一代載人飛船綜合能力將得到大幅提升,可搭載7名航天員。同時(shí),正在考慮研發(fā)空間站的擴(kuò)展艙段(記者宋晨、張泉)。
首先,這已經(jīng)不是將研制了,而是已成既定事實(shí)。早在2020年5月5日,我國(guó)就進(jìn)行了長(zhǎng)征五號(hào)B火箭和新一代載人飛船試驗(yàn)船的首次+首次發(fā)射。
當(dāng)然,這也是本人第一次在央視直播中解說火箭發(fā)射全程
一、為什么需要新飛船?
1992年9月21日,中國(guó)啟動(dòng)了中國(guó)載人航天工程,即著名的“921工程”。按照計(jì)劃,該工程可分為“突破天地往返”、“突破交會(huì)對(duì)接,出艙行走和在軌短期駐留”和“運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期在軌駐留的大型空間站”三個(gè)階段。
經(jīng)過了30年發(fā)展,整個(gè)工程已經(jīng)歷了4型火箭(長(zhǎng)征2F、7、5、5B)、13艘神舟載人飛船、3艘天舟貨運(yùn)飛船、3批航天員、兩個(gè)天宮目標(biāo)飛行器/空間實(shí)驗(yàn)室和天宮核心艙的巨大成功。中國(guó)以極低的成本、最高效率地利用有限任務(wù)次數(shù),完成了天宮空間站建站的全部準(zhǔn)備,可謂是人類航天史上的奇跡。
楊利偉成為中國(guó)航天劃時(shí)代發(fā)展的見證者(圖源:中國(guó)載人航天辦公室)
30年來,中國(guó)載人航天技術(shù)達(dá)到新高度。但隨著技術(shù)發(fā)展進(jìn)入深水區(qū),中國(guó)載人航天也面臨著一系列挑戰(zhàn),如果總結(jié)為一句話,就是“現(xiàn)有技術(shù)不夠用了,已經(jīng)無法滿足未來邁向更遠(yuǎn)的星辰大海”。
目前,中國(guó)正處于服役階段的載人飛船只有神舟飛船。標(biāo)準(zhǔn)三艙式(推進(jìn)艙、軌道艙和返回艙)構(gòu)型,僅能運(yùn)送3名航天員、運(yùn)力有限、一次性使用、功能和拓展性有限、僅能在近地空間使用,各方面都無法滿足下一步需求。
比如說,如果要進(jìn)行載人登月等深空探測(cè),更多人次天地往返等,根本不行。而且一次性飛船,非常昂貴。
神舟飛船空間逼仄,加上軌道艙的總生活空間可活動(dòng)范圍僅相當(dāng)于一間2-3平米的房間,甚至無法放下一張床(圖源:中國(guó)載人航天)
因而,目前世界唯三的載人航天勢(shì)力,中國(guó)、美國(guó)和俄羅斯,都在發(fā)展新一代載人航天飛船技術(shù)。中國(guó)也測(cè)試了新載人飛船試驗(yàn)船,它相比神舟飛船而言,進(jìn)行了全方位的升級(jí)。
世界現(xiàn)役載人飛船和在研載人飛船對(duì)比,各國(guó)新型載人飛船的各項(xiàng)能力均大幅提升(授權(quán)圖源:Memorian-QN)
二、新載人飛船在哪里進(jìn)行了升級(jí)?
1.修改成更大的兩艙式設(shè)計(jì)
新載人飛船相較神舟飛船,移除了軌道艙。
神舟飛船設(shè)計(jì)軌道艙的主要原因在于它可以在飛船整體進(jìn)入軌道后,給三名航天員提供短期駐留空間,從事科研和技術(shù)驗(yàn)證等,空間也稍大于返回艙(8立方米)。在載人任務(wù)結(jié)束后,推進(jìn)艙和返回艙回返回地球,推進(jìn)艙會(huì)被拋棄。而軌道艙能實(shí)現(xiàn)一定時(shí)間在軌駐留,起到小型空間科研平臺(tái)的效果。這是近地空間站和載人飛船技術(shù)不成熟時(shí)的一種技術(shù)妥協(xié),但總體性價(jià)比并不高。
2016年10月16日神舟11號(hào)飛船進(jìn)入太空,兩位航天員景海鵬和陳冬在完成與天宮二號(hào)對(duì)接任務(wù)后返回地球,而神舟11號(hào)飛船的軌道艙一直留到了2020年軌道降低會(huì)進(jìn)入大氣層焚毀(左圖源:中國(guó)載人航天)
隨著中國(guó)載人航天也即將邁入空間站時(shí)代,效率更高、技術(shù)更先進(jìn)、容量更大的兩艙式設(shè)計(jì)更加適合當(dāng)前需要。它的最大運(yùn)力為7名航天員,大幅超過了神舟飛船僅3名的上限。
此外,它還擁有更大貨運(yùn)能力,尤其是在進(jìn)入太空和返回地球時(shí)可由航天員攜帶回更多有價(jià)值載荷。而且正像龍2飛船的設(shè)計(jì)理念一樣,也可在此基礎(chǔ)上衍生出可復(fù)用的純貨運(yùn)版。
2.可重復(fù)使用
聯(lián)盟飛船和神舟飛船都是一次性使用,唯一返回地球的返回艙也完全失效,而新載人飛船將通過模塊化、通用化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。一個(gè)典型特點(diǎn)是它采取隔熱模塊和返回艙段組合的方式,使用后僅需更換隔熱模塊即可。
早在2016年6月25日,我國(guó)新型火箭長(zhǎng)征七號(hào)首飛時(shí)就攜帶了新一代載人飛船實(shí)驗(yàn)縮比返回艙,隨后在2018年第十二屆中國(guó)國(guó)際航空航天博覽會(huì)展出,可以明顯看出防熱結(jié)構(gòu)和主金屬結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)(圖自:新華視點(diǎn))
為提升回收安全性、降低對(duì)返回艙的損耗,新載人飛船返回艙將采取群傘與緩沖氣囊結(jié)合的方式回收,相較神舟飛船做了全方位升級(jí)。新飛船預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)10次以上穩(wěn)定復(fù)用能力。
早在2018年5月,新載人飛船就進(jìn)行了氣囊著陸緩沖實(shí)驗(yàn)(圖源:航天科技集團(tuán))
3.長(zhǎng)壽命、多構(gòu)型的先進(jìn)通用平臺(tái)
神舟飛船在駐人情況下僅能維持幾十天,即便是掛在空間站候機(jī),例如天宮預(yù)計(jì)的半年輪換時(shí)間,也接近了它的壽命上限。而新載人飛船設(shè)計(jì)壽命將起步2-3年水平,不僅能夠滿足近地軌道任務(wù)需求,也能滿足更長(zhǎng)期的深空探測(cè)任務(wù)需求。與此同時(shí),新載人飛船的材料設(shè)計(jì)也允許它在太空更惡劣的環(huán)境、尤其是深空輻射環(huán)境中,長(zhǎng)期正常工作。
新載人飛船主要會(huì)有兩個(gè)構(gòu)型,它們大小、質(zhì)量等不同。這意味著新載人飛船不僅適用于常規(guī)的近地軌道載人任務(wù),也可以根據(jù)任務(wù)需求擴(kuò)展為探月和深空探測(cè)版本,最大構(gòu)型8.8米長(zhǎng),重21.6噸,足以完成復(fù)雜深空探測(cè)任務(wù)需求。神舟飛船,并沒有深空飛行能力。
對(duì)于深空探測(cè)載人任務(wù),例如載人登月任務(wù),飛船返回地球、沖入大氣時(shí)速度更大,這意味著更劇烈的摩擦,必須提高飛船耐熱能力。新載人飛船相較神舟飛船,在耐熱能力提升了3-4倍,未來的中國(guó)載人登月計(jì)劃,它也必將成為主力。
2019年12月27日,中國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭遙三任務(wù)順利發(fā)射后的大屏(圖源:我們的太空)
所以意義就是:
因?yàn)槲磥砦覀兿肴ジh(yuǎn)的太空,所以現(xiàn)在要做一個(gè)更厲害的飛船。
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