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石豪:中国航天,靠什么领跑世界?
【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。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 吴立群 
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