新飞船与美俄齐头并进：中国航天靠什么领跑

[文/观察者网专栏作者 石豪]

北京时间2020年5月8日13时49分，我国新一代载人飞船试验船返回舱于东风着陆场区安全着陆。

从长征五号B运载火箭的首飞，到新飞船的回收，这次拉开我国载人航天新阶段序幕的试验任务终于取得圆满成功。

新载人飞船在轨模拟图

一切为了航天员的安全

作为神舟号以后中国载人航天工程的下一代载人飞船，新飞船要实现对载人登月与近地轨道任务的兼顾。其中，载人登月任务要求飞船返回舱以近乎第二宇宙速度（11.2千米/秒）安全再入大气层，其热控制与姿轨控要求相较神舟飞船更为严苛。反而言之，只要新飞船能够达到载人登月的返回要求，自然也可以用于速度更低的近地轨道空间站任务，实现返回舱设计的标准化。

因此，本次新飞船试验船配备了可用于探月的大型服务舱模块，整船质量达到21.6吨。在由长征五号B运载火箭发射进入近地轨道后，新飞船执行了7次自主变轨，将轨道远地点抬升至8000千米，既验证了服务舱的轨控能力，又使返回舱的再入速度超过9千米/秒，创造了接近第二宇宙速度的返回热流条件。

新载人飞船轨道提升

事实证明，新飞船的热控方案卓有成效，能够全程保护航天员的安全。

而为了确保航天员的万无一失，新飞船上成功运用的新技术又何止热控一项。

传统的飞船液体发动机主要采用肼基燃料，如美国的载人龙飞船的SuperDraco发动机就是四氧化二氮/一甲基肼的双组元推进剂。但不管是肼、一甲基肼还是偏二甲肼，都是剧毒物质，一旦意外泄露进入返回舱内，将直接威胁航天员生命安全，这也是一直载人龙飞船的一个不稳定因素。至于四氧化二氮，其剧烈的腐蚀性和毒性更是不遑多让，不仅直接威胁航天员，也对推进剂加注过程有很高的要求。

载人龙飞船推进系统在2019年测试时发生爆炸

在新飞船返回舱上，世界推力最大的单组元无毒发动机首次亮相。这种发动机采用硝酸羟胺（HAN）燃料，与肼相比毒性大大降低，而且不需要四氧化二氮作为氧化剂，有效保障了航天员与地面加注人员的安全。目前，我国多个航天研究所已掌握无毒推进剂关键技术，相关推进器已逐步在卫星等航天器上得到应用，无毒发动机已成为未来航天推进技术的重要发展方向。

而对于安全着陆，与采用单伞+反推火箭的神舟号飞船不同，新一代载人飞船选择了群伞+缓冲气囊的设计方案。

新载人飞船进行返回舱着陆试验

　这是因为新飞船返回舱比神舟号的返回舱重了一倍，而神舟飞船采用的是世界上面积最大的单体降落伞，继续增大单伞面积会超越材料本身的物理特性，得不偿失。

因此，新飞船选择了双减速伞、三主伞的气动减速方案，每一具主伞的面积都与神舟飞船的主伞相当，能够在短时间内将返回舱的速度降低到每小时几十千米。并且，群伞的冗余特性保证飞船能够在一具减速伞、一具主伞失效的情况下，依然安全着陆。

当然，伞的数量也不是越多越好，更多的主伞数量对伞系统的总体设计提出更高要求——各伞必须各司其职，不能缠在一起“打架”，否则可能降低伞的效率，反而威胁返回舱安全。

在即将着陆前，新飞船底部的六个气囊自动充气展开，让飞船像“躺在沙发上”一样软着陆，确保航天员受到的冲击最小。

新载人飞船大载重气囊缓冲技术试验

着陆后，气囊主动泄气，防止返回舱因重心不稳倾倒——所以我们看到的现场画面中，新飞船是矗立在着陆场上的。

着陆后的新载人飞船

除了保证航天员的绝对安全外，新飞船采用群伞+缓冲气囊的着陆设计，还有一个很重要的考虑——确保飞船主体结构安全，以便实现重复使用。

重复使用与降低成本

载人航天想要发展必须降低成本，而重复使用则是降低成本的一个可行途径。

新载人飞船在设计中，就贯彻了重复使用的理念。

对于神舟号等老一代飞船，其防热烧蚀层与返回舱是一体化的，使用也是一次性的，一次再入直接报废。

神舟十一号飞船返回舱实物

而新飞船采用了两层式结构，内层为可复用的金属结构，外层为可拆卸的烧蚀防热结构。每次飞船返回地球，只需要进行一次全面检查，确保复用部分无伤，再更换一套防热结构，就能继续使用。

新载人飞船缩比模型结构

当然，复用也是要追求总体效益最优，在新飞船的最终方案里，一定会选择最划算的方案——毕竟，在复用这个问题上舍本逐末的反面例子，是现成的。

阿波罗登月成功后，美国转向发展可重复使用的航天飞机，以求降低近地轨道任务的成本。然而航天飞机为了实现“重复使用”，大量采用了新技术、新方案，以至于运营和维护费用居高不下，反而导致了总成本上升。

更为严重的是，航天飞机脆弱的救生模式与隔热技术，直接导致了“挑战者”号和“哥伦比亚”号的悲剧，14名航天员献出了宝贵的生命。

航天飞机——美国的骄傲与痛楚

最终，美国决定退役全部航天飞机，当时航天飞机的飞行次数，甚至不及预期的三分之一。

“前车覆，后车戒。”善于以总体眼光看问题的中国航天人对此看得很透彻，绝不会重蹈美国的覆辙。

不过，事物都是一分为二的。

航天飞机在满足“节约成本”这一初始需求方面彻底失败，但依然无法掩盖其在技术层面的巨大突破。

从发动机到隔热瓦，从战神火箭到X-37B空天战斗机，时至今日，航天飞机的技术遗产，对美国来说依然是一笔难以估量的财富。

X-37B空天战斗机

对于长期处于追赶者姿态的中国航天而言，抓住新载人飞船这一难得机遇，充分探索人有我无的新技术、新工艺，整体提高我国载人航天的技术水平，也是正在进行的工作。

毕竟，没有技术，和有技术选择不用，不是一回事。

走向世界领先

新载人飞船是两舱式设计，高8.8米，最大直径4.5米，其返回舱容积已超过神舟飞船轨道舱与返回舱容积之和，能够搭载6至7人。与美俄等国在研的新飞船相比，我国的新一代载人飞船已经达到了很高的标准，可以说“齐头并进”。

根据试验船项目负责人张柏楠同志介绍，新飞船采用了新的防热材料，性能非常好，耐烧蚀、隔热性和结构整体性都很出众，这种材料的成功运用是世界领先的。

从远远追赶，到并驾齐驱，再到世界领先，中国航天走过了漫长的岁月，把红旗插上一座座科学的高峰。

下一座高峰是大型空间站，如果国际空间站（ISS）于2024年如期关停的话，那么中国大型空间站将自动承担起全人类探索太空的使命。

以后，还会有载人登月。

而新飞船，正是为此而生，模块化的设计可以让她轻松胜任近地轨道和地月轨道输运，承担起将五星红旗插上月球的光荣使命。

为什么要去月球？

宇宙就是个海洋，月亮就是钓鱼岛，火星就是黄岩岛，我们现在能去，但我们不去的话，后人要怪我们。别人去了，别人占下来了，你再想去都去不了——人民科学家叶培建院士如是说。

“当年为什么不把两弹一星搞出来？”很幸运，这种感慨今天的我们不会有。

因此，我们的后辈也不该有“当年为什么不搞新飞船，把中国人送上月球？”这样的喟叹。

历史就是这样充满着巧合，新载人飞船试验船平安归来之日，正是21年前我驻南联盟大使馆遭美军野蛮轰炸的日子。

21年，同样的红旗，不同的背景。

弱者只能委曲求全，强者却能恣意妄为。

我们要当个弱者，还是努力成为强者？

当然是强者。

但绝不会像既有的霸权主义者一样随意驱遣他人，而是来到国际社会就办三件事——

公平，公平，还是公平。

手里没有技术，和有技术不用，不是一回事。

手里没有利剑，和有剑不用，更不是一回事。

我们要有技术，要有利剑。

为此，我们必须领跑世界。

这是我辈的使命，更是责任。