中国新一代载人飞船试验船 5 月 8 日成功返回地面，它在太空完成了哪些工作？
在万众瞩目中，由中国航天科技集团有限公司第五研究院研制的新一代载人飞船试验船终于一展峥嵘，揭开神秘面纱。这次成功发射、成功返回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，为未来载人航天奠定更坚实的基础。 作为未来我国航天员驰骋太空的全新“座驾”，新飞船近可送航天员往返中国空间站，远可去更远的深空探险，既能载人又能载物，还可重复使用，将大大提高我国载人天地往返运输能力。新飞船将助力解决如何更安全、更舒适、更智能、更经济地进入太空，开展更远的深空探测的难题，这也是我国载人航天事业可持续发展的必由之路。在轨飞行阶段，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。该发动机使用的HAN 推进剂具有无毒、无污染、低冰点、密度大、比冲高和使用维护成本低等优点，后续将全面替代现有推进剂，进一步提高航天员的安全性。首次采用的国内目前空间飞行器用的最大容积表面张力贮箱表现完美。这一贮箱采用铝合金内衬+复合材料缠绕结构，装载量更多，能为试验船提供更大的轨道机动能力。在轨飞行期间，试验船轻松完成了多次变轨，进入了大椭圆轨道，为大再入角高速再入返回创造了充分条件。更加全面的综合电子系统不负所托。任务过程中，该系统出色完成了整船总线管理、时间系统管理、数据存储、触点信号处理，以及热控管理等功能，让飞船的运行更高效。更加智能的自主轨控技术发挥出色。在轨运行期间，姿控发动机进行姿态控制，保持了三轴对地姿态以及变轨和制动期间的姿态稳定性；轨控发动机实现多次变轨，并成功执行返回制动，精准操控着试验船完成太空飞行。再入返回阶段，首次采用的新型防热结构与材料经受考验。整个防热结构在重量同比降低超过30%的基础上，保持了极高的防热效率。采用的新型轻质防热材料不仅承受住了再入返回过程中上千度的高温烧蚀，守护了返回舱的安全。而且防热结构首次采用可拆卸更换设计，能够有效提高可重复使用率。返回后只需进行一次“体检”，更换一套新的防热结构，返回舱就又能投入下一次任务。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。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，成功将返回舱的速度从“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”，最大程度保证了返回舱的安全、完整回收。量身定制的在轨数据获取系统为未来研制提供科学支撑。任务期间，该系统通过多种传感器网络，获取了船箭分离冲击载荷，以及运载发射、在轨飞行和返回着陆过程的载荷环境；通过测量返回舱大底和侧壁表面特征点的压力和温度，获取了返回舱高速再入过程的气动力和热特性参数。这些宝贵数据都将为新飞船后继型号研制优化提供重要参考。 除了群伞+气囊技术，几项具体的特点亮色让我们一起仔细看看： 颜值也是实力的表现之一。新飞船以其流畅的钝头体气动外形和巨大的体型，演绎着与生俱来的优秀。跟神舟飞船三舱结构不同，新飞船是“两居室”，一个是返回舱，是整船的指令中心，也是航天员生活居住的地方，可乘坐6-7名航天员；另一个是服务舱，是整船能源与动力中心。 返回舱采用“墙壁+保温层”的双层壳结构，“墙壁”围起来的是航天员的“驾驶室”，具有容积大、密封性好、舱内视野遮挡少等特点。而且新飞船的“驾驶室”里只安装环控生保、人机交互等直接关系到航天员生命安全和飞船操控的设备，腾出了大量空间，也最大程度地避免了大量设备和航天员共处一室的安全隐患。其他设备都放入了“墙壁”和“保温层”中间的夹层中。因为设备不用呼吸，放到这个非密封的空间中也算是得到妥善的安置。 设备不占空间，人的空间也有了质的飞跃，新飞船的“驾驶室”可以分为工作区、娱乐区、餐饮区以及卫生区，能够为航天员提供更舒适的乘坐环境。据悉，未来这里还将配置生活娱乐大屏，让航天员太空旅行变得更加丰富多彩；以及穿戴式显示仪表，让航天员可以时刻了解飞船的健康状况。 酷炫安全的座驾也必将伴随更智能的驾驶功能。新飞船的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，提高了在轨生存能力和应用潜力，同时降低了维护运营成本，对我国后续深空探测和载人航天型号的发展具有十分重大的意义。 新飞船入轨后，“飞船大脑”——GNC系统自主确定行驶路线并进行导航，还能实时掌握飞船当前的位置和速度。然后根据预先设定的目标位置及变化参数，实时在线进行一次次的迭代计算，完成时间点和控制量的计算。同时，根据轨道控制特征点自主实施轨道控制，全过程不需要地面指令的协助和干预。简单来说，就是“飞船大脑”不仅知道飞船现在处在什么位置，而且还知道将要去哪里，走哪条路能更快地到达目的地。有了这些技能，试验船的GNC系统便可以不依赖地面，独立控制飞船飞行了。 当然，轨道控制方面的进化不止于此，新飞船还具备了全自主连续变道能力。如果说自主变道实现的是自主去往一个目的地，则全自主连续变道实现的就是去往一个最终目的地的过程中智能途经了若干个中间目的地。这种技术，大大简化了飞船轨道控制的流程，减轻了地面飞行控制人员的工作量。 新飞船还能自我“看病”。在飞行过程中它实时关注着自己的健康，一旦出现问题，通过系统智能的算法自己给自己“诊病”，找到病灶并临时或长久剔除病灶。对于重构功能的实现，则通过身体各部分功能的优化再组合来分担故障部位所承担的工作，确保机体整体功能的正常，这也大幅简化了地面飞控支持保障工作。 随着我国航天事业的发展，我国天地往返运输需求将不断高涨，这就需要研发更经济、更高效的交通工具。新飞船可重复使用，使用成本大大降低。 为了实现多功能使用，新飞船采用“搭积木”式的模块化设计。不同的任务需求，通过相同的返回舱和不同的服务舱的配置就可以完成。 为了提高可重复使用率，新飞船也精打细算到每一个细节。像星敏感器、计算机等高价值设备原先都放在服务舱里，落入大气层时会被烧毁。为了“省钱”，这些高价值设备统统放在返回舱，跟着返回地球，以便重复利用。对接机构也很“金贵”，研制人员就用防热结构给飞船设计了一个帽子，与其他飞行器对接的时候把帽子掀开，露出里面的对接机构，等返回地球的时候再把帽子戴上，以保护里面的设备再入大气层时不被烧坏，还可以继续使用。这些先进的设计，让新飞船的成本大幅降低。 此次试验船任务将对新飞船多项关键技术进行验证，为下一步研制指明方向、奠定基础。有了试验船的探索，相信在不远的将来，中国的航天员一定会搭乘新飞船自由驰骋寰宇、往返天地。 文字：航科集团 我们的太空