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新船试验船——下一代神舟的返回有什么特别之处?

早回舱组伞返回考点。即将到来的空间技术小组

新京报讯(记者倪伟)携三只巨型降落伞在酒泉东风回收登陆场上空开启,5月8日13时49分,中国新一代载人飞船试验船经过两天多的飞行,顺利返回地面,预告了未来的场景。

在神舟号飞船首次试飞21年后,它的后继者形成了。下一代载人飞船将在未来补充神舟飞船,为载人航天飞机提供更多选择。

可以从有关新一代载人航天器何时能够完成研制和执行载人飞行任务的公开信息中得到一些线索。5月5日,中国载人航天工程办公室宣布,中国空间站计划在2022年左右建成,在此期间,共有12项任务,包括4项载人任务,计划并仍由神舟飞船执行。

这意味着新一代载人航天器将在短期内无法运行。

返回舱再入返回模拟图。航天科技集团五院供图


为何需要神舟飞船“升级版”?

——空间站天地往返、载人登月等计划需要更强大的飞船

从各个层面来说,新一代载人飞船都属于神舟飞船的“升级版”。

载人能力方面,新一代载人飞船近9米长,最大直径约4.5米,体重超过20吨。执行近地轨道任务时,可以一次运送6-7名航天员,比神舟飞船的3人增加一倍。

功能方面,新一代载人飞船兼具载人和载货功能,对载人的返回舱稍加改造就能成为货舱,向空间站运送补给物资,再将空间站的试验样品带回地球。也就是说,新一代飞船能综合神舟载人飞船和天舟货运飞船的功能。

如果从技术上看,新飞船相比神舟飞船,更是全面升级换代的新版本。据飞船研制方航天科技集团五院介绍,与国际先进的天地往返航天器相比,新一代载人飞船能力毫不逊色,都具备适应多任务需求能力、更大的轨道机动能力、兼顾陆上和水上着陆能力等。

自1999年神舟一号到2016年神舟十一号,17年间,神舟飞船先后将11名航天员顺利送入太空,并安全返回。

当中国人将目光投向月球和更遥远的深空后,神舟飞船已经无法满足更宏大的梦想。

相比神舟飞船,新飞船可以飞得更远。可以送航天员往返离地球近400公里的空间站,还能实现38万公里外的载人登月,甚至去更远的星球探险。

探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁在2019年初曾介绍,未来十年左右,中国人的足迹将踏上月球。

新一代载人飞船返回舱与服务舱两舱分离模拟图。航天科技集团五院供图


试验船在轨做了哪些实验?

——首次进行太空“3D打印”,未来可实现航天器零部件自给自足

此次任务的主要目标,是验证新一代载人飞船方案的正确性。

为了验证更多的技术和设备,航天科技集团五院研制团队为试验船安排了高密度的飞行任务。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,可以说每一分钟都安排得满满当当。

除了与飞船设计本身有关的验证项目,如国际上推力最大的单组元无毒发动机、新型防热结构与材料、大容积表面张力贮箱、智能自主轨控技术等,飞船还在空间中进行了一些科学实验。

此次科研人员在试验船安排了在轨精细成型实验、材料摩擦行为实验、微重力测量试验等3项科学实(试)验,为未来我国空间站建设运营以及走向更遥远深空,进行前瞻科学研究和技术验证。

其中,在轨精细成型实验也就是俗称的太空“3D打印”。

试验船上搭载了一台我国自主研制的“复合材料空间3D打印系统”,科研人员将这台“3D打印机”安装在试验船返回舱中,飞行期间该系统自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印,打印出了两个样件:一个是蜂窝结构(代表航天器轻量化结构),另外一个是航天科技集团CASC标志。

据介绍,此项实验验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。连续纤维增强复合材料是当前国内外航天器结构的主要材料,开展复合材料空间3D打印技术研究,对于未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造具有重要意义。

也就是说,未来利用“3D打印机”,可以在空间站中打印一些需要的结构件,而不需从地面运送,将大大降低成本、提高效率。

试验船还开展了一项高速局域网试验,可以将飞船各个系统联通起来。试验结果已经满足了任务的预期指标,速率达到千兆网的水平,相对传统的数据总线来说,性能对标当前主流局域网速率提升了1000倍。

未来,通过这一系统,可以在空间站里也形成类似智能家居的智能航天器信息体系。

前期气囊缓冲技术试验现场。航天科技集团五院供图


返回方式有何变化?

——气囊缓冲取代反推着陆,返回更舒适,也能水上回归

此次新飞船试验船返回,与神舟飞船的重要不同,在于落地的一瞬间。

降落伞将飞船速度降低以后,在降落到地面的一瞬间,还需要再次减速,保证航天员和返回舱内设备的安全。

在神舟飞船中,最后一次减速由反推小火箭完成,距地面1米时,返回舱下的几个反推小火箭瞬间自动点火,以极强的缓冲力帮助飞船实施“软着陆”。而在新一代载人飞船上,最后一次落地减速由6个气囊实现。

新一代载人飞船首次采用了群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术,返回舱进入大气层到达指定高度后,2具减速伞和3 具主伞依次打开,将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”。落地之前,6个气囊充气打开,帮助舱体平稳“软着陆”。

为何要用气囊取代反推火箭?航天五院508所航天器返回技术专家黄伟解释,根据新飞船的特点,经多方案比较选择了气囊,气囊的优势主要在于可重复使用,可以适应更复杂地形,缓冲水平速度、着陆稳定性更好。

新一代飞船不仅可以在陆上着陆,也可以返回到水面上。气囊的使用就适应了落水的情形,起到漂浮作用。

不过,黄伟表示,气囊与着陆反推其实各有优势。相对着陆反推,气囊控制精度更难以保证。所以说其实是各有优势,但针对新飞船,用气囊更合适。

此次新一代飞船试验船的成功着陆,验证了群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术的可行。不过,与试验船同时升空的另一个载荷——柔性充气式货物返回舱试验舱,6日在返回过程中出现了异常。

该试验舱是创新性采用充气展开技术研制的新型空间运输飞行器,如果研制顺利,未来在提高空间载荷返回过程可靠性的同时,还可以大大降低物资返回成本。

新京报记者 倪伟

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