5月8日，我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船在圓滿完成了預(yù)定任務(wù)后，在酒泉東風(fēng)回收著陸場(chǎng)成功著陸。這標(biāo)志著該試驗(yàn)船的飛行試驗(yàn)任務(wù)圓滿完成，也意味著中國(guó)載人航天工程邁出了探索浩瀚宇宙新的一步。今天，我們約請(qǐng)全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩和您聊聊新一代載人飛船的那些事兒。

問(wèn)：我國(guó)新一代載人飛船具有哪些特征？

答：我國(guó)新一代載人飛船具有世界在研超一流載人飛船的三大特征：

北京飛艇賽車群（全面了解中國(guó)新一代載人飛船）

一是用途十分廣。以往的載人飛船分兩種，一種是像“聯(lián)盟”“神舟”載人飛船那樣的衛(wèi)星式飛船，即像人造地球衛(wèi)星似的載人在近地軌道繞地球飛行；另一種是像“阿波羅”載人飛船那樣的登月式飛船，即載人來(lái)往于地月之間。而新一代載人飛船則既可以在近地軌道飛行，為空間站提供人員和物資的天地往返運(yùn)輸，也能完成載人月球探測(cè)等載人深空探測(cè)任務(wù)，甚至還可以運(yùn)貨。

飛船試驗(yàn)船總裝現(xiàn)場(chǎng)

二是運(yùn)載能力大，載人多。它每次可以運(yùn)送4至7人，而目前使用的“聯(lián)盟”和“神舟”載人飛船每次最多可運(yùn)3人。雖然新一代飛船采用兩艙構(gòu)型，但其直徑比“神舟”“聯(lián)盟”載人飛船都大。其目的是把內(nèi)部加壓空間都集中在一個(gè)艙段內(nèi)，以便明顯增加航天員的舒適度，多搭乘航天員，降低成本，提高可靠性。

三是可以重復(fù)使用。因此，它能大大降低載人飛船的飛行成本，而至今發(fā)射過(guò)的所有載人飛船都是一次性使用的。

新一代載人飛船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是具備高安全、高可靠、適應(yīng)多任務(wù)和模塊化。此次發(fā)射的試驗(yàn)船主要對(duì)新一代載人飛船進(jìn)行高速再入返回防熱、控制和群傘回收等七大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行飛行驗(yàn)證，為未來(lái)載人航天奠定了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

問(wèn)：新一代載人飛船有哪些創(chuàng)新？

答：新一代載人飛船是面向我國(guó)載人航天未來(lái)發(fā)展需求而論證的新一代載人天地往返運(yùn)輸飛行器，全長(zhǎng)約9米，最大直徑4.5米，最大發(fā)射重量23噸。在充分繼承我國(guó)載人航天工程已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，它在結(jié)構(gòu)、推進(jìn)、回收、能源、熱控、電子、人機(jī)交互和可重復(fù)使用等方面采用了一系列先進(jìn)技術(shù)，使飛船具備高可靠、高安全、低成本和宜居的特點(diǎn)。

前期試驗(yàn)中的：群傘+氣囊

為了能在一次任務(wù)中驗(yàn)證更多新技術(shù)、新材料，中國(guó)空間技術(shù)研究院飛船工程師在新一代飛船試驗(yàn)船上應(yīng)用了許多新設(shè)計(jì)、配置了許多新裝備，創(chuàng)造了中國(guó)載人航天器領(lǐng)域的多個(gè)首次，這充分體現(xiàn)出我國(guó)載人航天領(lǐng)域發(fā)展‘好、快、省’的發(fā)展理念。

例如，在此次任務(wù)中，返回艙結(jié)構(gòu)首次采用了密封艙和非密封艙設(shè)計(jì)；防熱結(jié)構(gòu)首次采用了新型輕質(zhì)耐燒蝕的碳基防熱材料，以滿足高速再入熱防護(hù)的需求；首次采用了國(guó)際上推力最大的新型單組元無(wú)毒推進(jìn)系統(tǒng)；首次采用了國(guó)內(nèi)航天器最大的表面張力貯箱。此外，新一代載人飛船試驗(yàn)船上還搭載了我國(guó)科研院所的多項(xiàng)有源載荷，開(kāi)展了太空3D打印等在軌空間應(yīng)用和空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一次任務(wù)多方受益。

與“神舟”飛船的鐘型返回艙不同，新一代載人飛船的返回艙采用流暢的倒錐型鈍頭體氣動(dòng)外形，這是因?yàn)轱w船采用倒錐型外形空氣升力更大，能在接近第二宇宙速度的高速返回時(shí)依靠空氣阻力減速，使飛船可以更加平穩(wěn)、精準(zhǔn)地落地。

問(wèn)：新飛船艙式結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？

答：跟“神舟”飛船三艙式結(jié)構(gòu)不同，新一代載人飛船采用兩艙式構(gòu)型，由返回艙與服務(wù)艙組成。其返回艙是整船的指令中心，也是航天員生活居住的地方，可乘坐6至7名航天員；服務(wù)艙是整船能源與動(dòng)力中心。

返回艙采用金屬結(jié)構(gòu)與防熱結(jié)構(gòu)分開(kāi)的雙層殼結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于“內(nèi)衣”的金屬結(jié)構(gòu)里面是航天員的“駕駛室”，只安裝了環(huán)控生保、人機(jī)交互等直接關(guān)系到航天員生命安全和飛船操控的設(shè)備，這樣就騰出了大量空間，也最大程度地避免了大量設(shè)備和航天員共處一室的安全隱患，因而具有容積大、密封性好、艙內(nèi)視野遮擋少等特點(diǎn)。其他設(shè)備都放入了金屬結(jié)構(gòu)與防熱結(jié)構(gòu)中間的夾層中。因?yàn)檫@些設(shè)備不用呼吸，放到這個(gè)非密封的空間中也算是得到妥善的安置。

5月8日，東風(fēng)著陸場(chǎng)工作人員進(jìn)行返回艙艙體狀態(tài)檢查

采用這種設(shè)計(jì)方式，可以使設(shè)備不占空間，讓人的活動(dòng)空間大大增加。新飛船的“駕駛室”可以分為工作區(qū)、娛樂(lè)區(qū)、餐飲區(qū)以及衛(wèi)生區(qū)，能為航天員提供更舒適的乘坐環(huán)境。據(jù)悉，未來(lái)這里還將配置生活?yuàn)蕵?lè)大屏，讓航天員的太空旅行變得更加豐富多彩；配置穿戴式顯示儀表，讓航天員可以時(shí)刻了解飛船的健康狀況。

相當(dāng)于“外衣”的防熱結(jié)構(gòu)采用了耐燒蝕的新型輕質(zhì)防熱材料，在重量比“神舟”飛船降低超過(guò)30%的基礎(chǔ)上，防熱效率則達(dá)到“神舟”飛船的3倍。它不僅守護(hù)了返回艙的安全，而且首次采用的可拆卸更換設(shè)計(jì)，能有效地提高可重復(fù)使用率。

問(wèn)：新飛船是怎樣做到重復(fù)使用的？

答：目前，世界上所有已投入使用的載人飛船都是一次性使用的，因?yàn)椴荒芟窈娇诊w機(jī)重復(fù)使用，所以成本很高。為了降低進(jìn)入太空的成本，未來(lái)載人飛船的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)就是重復(fù)使用。

我國(guó)新一代載人飛船的返回艙是可重復(fù)使用的。它采用金屬結(jié)構(gòu)與防熱結(jié)構(gòu)分開(kāi)的設(shè)計(jì)方式，返回后只需要更換防熱結(jié)構(gòu)即可，金屬結(jié)構(gòu)和艙內(nèi)設(shè)備能重復(fù)使用。例如，星敏感器、計(jì)算機(jī)等一些高價(jià)值的設(shè)備，原先都是放在服務(wù)艙里的，落入大氣層時(shí)會(huì)被燒毀。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，把它們由服務(wù)艙調(diào)整至返回艙安裝，這樣就可以隨返回艙返回地面后進(jìn)行回收利用。在返回艙外包覆我國(guó)自主研制的新型輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)，執(zhí)行完任務(wù)后只需更換輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過(guò)規(guī)范嚴(yán)格的檢測(cè)，就可以再次執(zhí)行載人航天飛行任務(wù)了。

打造中的試驗(yàn)飛船

對(duì)接機(jī)構(gòu)也很“金貴”，為此，工程師用與防熱結(jié)構(gòu)一樣的材料給飛船設(shè)計(jì)了一個(gè)“帽子”。飛船與其他飛行器對(duì)接的時(shí)候就把“帽子”掀開(kāi)，露出里面的對(duì)接機(jī)構(gòu)，等返回地球的時(shí)候再把“帽子”戴上，以保護(hù)里面的設(shè)備再入大氣層時(shí)不被燒壞，從而可以繼續(xù)使用。這樣的設(shè)計(jì)，可以比“神舟”返回艙回收更多的高級(jí)設(shè)備。

換句話說(shuō)就是，我國(guó)新一代載人飛船返回艙每次返回后，只需要更換其“外衣”就行，相當(dāng)于“內(nèi)衣”的金屬結(jié)構(gòu)艙可重復(fù)使用。

問(wèn)：新飛船具有哪些用途？

答：由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，所以新一代載人飛船既能用于近地軌道的載人天地往返，為我國(guó)空間站提供人員和物資的運(yùn)輸，也可適應(yīng)近地軌道飛行、載人月球探測(cè)和載人深空探測(cè)等多種任務(wù)；既能用于載人，也可完成貨運(yùn)飛船的任務(wù)，也就是可把“太空巴士”快速變?yōu)椤疤肇涇嚒保o空間站運(yùn)送大量的補(bǔ)給物資，或者把在空間站所做的一些實(shí)驗(yàn)或試驗(yàn)樣品帶回地球。

新一代載人飛船返回艙的金屬結(jié)構(gòu)與防熱結(jié)構(gòu)分開(kāi)

為了讓新一代載人飛船身兼多職，飛船工程師采用了“合并同類項(xiàng)”的設(shè)計(jì)思路。具體說(shuō)就是把因任務(wù)不同而性能指標(biāo)各異的電源、推進(jìn)、燃料和資源等分系統(tǒng)集成到服務(wù)艙內(nèi)，這樣就能實(shí)現(xiàn)用統(tǒng)一的返回艙、配置不同的服務(wù)艙模塊，來(lái)滿足近地空間站運(yùn)營(yíng)、后續(xù)載人航天工程等多任務(wù)需求的目標(biāo)。采用這樣的先進(jìn)設(shè)計(jì)，不僅能大大縮短研制周期，還可以采取批量化研制模式來(lái)降低研制成本，從而在未來(lái)人類探索宇宙活動(dòng)越來(lái)越頻繁時(shí)展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)多功能使用，新一代載人飛船采用“搭積木”式的模塊化設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的任務(wù)需求，通過(guò)相同的返回艙和不同的服務(wù)艙的配置就可以完成。

問(wèn)：新飛船在舒適度方面有哪些提升？

答：新一代載人飛船是我國(guó)第二代載人飛船。它不僅繼承了“神舟”載人飛船可靠、安全等優(yōu)點(diǎn)，而且在舒適性、經(jīng)濟(jì)性以及智能化程度等方面也有了大幅提升。

試驗(yàn)船進(jìn)行大載重氣囊緩沖技術(shù)試驗(yàn)

為了讓在返回艙生活和工作的航天員有在“家”的感覺(jué)，飛船工程師采用了宜居的設(shè)計(jì)理念，充分利用了新一代載人飛船艙內(nèi)空間大的優(yōu)勢(shì)，在艙內(nèi)裝飾、設(shè)備布局、人機(jī)交互界面和整船載人環(huán)境設(shè)計(jì)等方面都十分考究。

例如，在返回艙內(nèi)設(shè)置了工作區(qū)、娛樂(lè)區(qū)、餐飲區(qū)以及獨(dú)立衛(wèi)生區(qū)，這種鮮明的功能分割，可讓航天員的“枯燥”太空旅行變得豐富多彩。

我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙5月8日13時(shí)49分在東風(fēng)著陸場(chǎng)預(yù)定區(qū)域成功著陸，試驗(yàn)取得圓滿成功。

新一代載人飛船采用了許多新技術(shù)，使該飛船更加智能。例如，由于采用了高性能計(jì)算機(jī)和敏感器的“組合拳”，使新一代載人飛船具備了自主應(yīng)急入軌、自主軌道抬升、自主升力控制等功能，可以快速、從容應(yīng)對(duì)各類突發(fā)事件。

另外，新一代載人飛船還采用了單組元無(wú)毒發(fā)動(dòng)機(jī)、高精度光學(xué)-導(dǎo)航一體化導(dǎo)航、分布式一體化電子系統(tǒng)、高轉(zhuǎn)換效率太陽(yáng)電池、多終端綜合人機(jī)交互系統(tǒng)、水升華器散熱、新型環(huán)路熱管等一系列先進(jìn)技術(shù)，從而全面提升了飛船平臺(tái)的綜合性能。

問(wèn)：新飛船在智能化自主化方面有什么特點(diǎn)？

答：新一代載人飛船的“大腦”——制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)很棒，極大地提高了飛船自主運(yùn)行能力、在軌生存能力和應(yīng)用潛力，并降低了維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本，對(duì)我國(guó)后續(xù)深空探測(cè)和載人航天型號(hào)的發(fā)展具有十分重大的意義。

飛船入軌后，其“大腦”可以不依賴地面，獨(dú)立控制飛船飛行。它不僅能隨時(shí)知道飛船現(xiàn)在處在什么位置，而且還知道將要去哪里、走哪條路能更快地到達(dá)目的地。

它還具備了全自主連續(xù)變道能力。自主變道與全自主連續(xù)變道有什么不同呢？自主變道實(shí)現(xiàn)的是自主去往一個(gè)目的地，全自主連續(xù)變道實(shí)現(xiàn)的是在去往一個(gè)最終目的地的過(guò)程中，可智能途經(jīng)若干個(gè)中間目的地。采用這種技術(shù)后，大大簡(jiǎn)化了飛船軌道控制的流程，減輕了地面飛行控制人員的工作量。

新一代飛船還能自己給自己“看病”。在飛行過(guò)程中它實(shí)時(shí)關(guān)注著自己的“健康”，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，飛船就能通過(guò)系統(tǒng)智能的算法給自己“診病”，包括找到病灶并臨時(shí)或長(zhǎng)久剔除病灶。它具有重構(gòu)功能，即通過(guò)身體各部分功能的優(yōu)化再組合來(lái)分擔(dān)故障部位所承擔(dān)的工作，從而確保機(jī)體整體功能的正常，這也大幅簡(jiǎn)化了地面飛控支持保障工作。

問(wèn)：載人飛船返回是十分重要的環(huán)節(jié)，新飛船在這方面怎么做的？

答：試驗(yàn)船上天后，陸續(xù)完成了七次自主變軌，從距離地面幾百公里的小橢圓軌道變成了距離地面幾千公里的大橢圓軌道，這是以前沒(méi)有過(guò)的。抵達(dá)大橢圓軌道后，試驗(yàn)船還進(jìn)行了調(diào)姿、返回制動(dòng)、返回艙服務(wù)艙分離等關(guān)鍵步驟，對(duì)試驗(yàn)船再入返回技術(shù)進(jìn)行全面驗(yàn)證。最后，它以接近第二宇宙速度的9公里/秒速度返回，以對(duì)氣動(dòng)外形、防熱和群傘等技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

因?yàn)槭浅?jí)“大船”，所以試驗(yàn)船的返回艙在返回時(shí)首次采用了群傘氣動(dòng)減速和氣囊著陸緩沖技術(shù)，它可將重約6噸的返回艙速度由近200米/秒平穩(wěn)減速至零。與國(guó)外目前在研的“獵戶座”“載人龍”和“星際航船”飛船的返回艙相比，我國(guó)在回收重量和開(kāi)傘動(dòng)壓等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面已達(dá)到國(guó)外同等水平。

它在返回時(shí)不像“神舟”飛船那樣，靠1具引導(dǎo)傘、1具加速傘、1具牽頂傘和1具主傘來(lái)減速，而是采用了由2具減速傘和3具主傘組成的“群傘減速”回收方案，并在備份上進(jìn)行了科學(xué)設(shè)計(jì)。這樣即使是在一具減速傘或主傘失效時(shí)，也能保證艙體減速著陸，所以更安全。這3具主傘，每一具都與“神舟”飛船的降落傘面積相當(dāng)，面積之和相當(dāng)于五六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的籃球場(chǎng)。

我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙5月8日13時(shí)49分在東風(fēng)著陸場(chǎng)預(yù)定區(qū)域成功著陸，試驗(yàn)取得圓滿成功。

另外，其返回艙落地前，不像“神舟”返回艙那樣使用緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)減速，而是使用6個(gè)充氣氣囊?guī)椭擉w平穩(wěn)“軟著陸”，可最大程度地保證返回艙的安全和完整回收。這6個(gè)大型緩沖氣囊均安裝在飛船底部，有序排列在船艙底部一周，每個(gè)緩沖氣囊充滿后相當(dāng)于一個(gè)卡車輪胎大小，是飛船自帶的大氣墊，以確保船艙的底部著陸和未來(lái)航天員乘坐體驗(yàn)良好。

據(jù)中國(guó)空間技術(shù)研究院北京空間機(jī)電研究所專家黃偉介紹，針對(duì)新一代載人飛船的特點(diǎn)，經(jīng)多方案比較選擇了氣囊。氣囊的優(yōu)勢(shì)主要在于：可重復(fù)使用，適應(yīng)更復(fù)雜地形，落水還起到漂浮作用，能緩沖水平速度，著陸穩(wěn)定性好。但相對(duì)“神舟”飛船所用的著陸反推形式，氣囊的緩沖行程固定，而緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)可以設(shè)置不同啟動(dòng)高度，且氣囊的控制精度更難以保證。所以說(shuō)它們各有優(yōu)勢(shì)，但針對(duì)新一代載人飛船，用氣囊更合適。

問(wèn)：最后一個(gè)問(wèn)題，新飛船實(shí)驗(yàn)的太空3D打印是怎么回事兒？

答：在新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙中，搭載了一臺(tái)3D打印機(jī),這是我國(guó)首次進(jìn)行太空3D打印實(shí)驗(yàn),也是國(guó)際上第一次在太空中開(kāi)展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn)。

這次打印的對(duì)象有兩個(gè)，一個(gè)是蜂窩結(jié)構(gòu)（代表航天器輕量化結(jié)構(gòu)），另外一個(gè)是CASC（中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司）標(biāo)志。

飛行期間，我國(guó)自主研制的“復(fù)合材料空間3D打印系統(tǒng)”，自主完成了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的樣件打印，并驗(yàn)證了微重力環(huán)境下復(fù)合材料3D打印的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

據(jù)悉，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外航天器結(jié)構(gòu)的主要材料，密度低、強(qiáng)度高。開(kāi)展復(fù)合材料空間3D打印技術(shù)研究，可以實(shí)現(xiàn)按需制造，并支持我國(guó)空間站在軌擴(kuò)建，這對(duì)于未來(lái)空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、發(fā)展空間超大型結(jié)構(gòu)在軌制造具有重要意義。

另外，飛船在軌還完成了一項(xiàng)用于未來(lái)讓航天員享受“智能家居”太空生活的高速局域網(wǎng)試驗(yàn)。其上裝有一個(gè)名叫“時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)星載原型系統(tǒng)”，它可將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)通成一個(gè)高速局域網(wǎng)，速率達(dá)到了千兆網(wǎng)的水平。

通俗地說(shuō)，在一般的居家生活中，電視、空調(diào)、音響等都有各自的遙控器。但在智能家居環(huán)境下，通過(guò)局域網(wǎng)，能把所有家用電器聯(lián)通在一起，用一個(gè)平板電腦就能控制。

未來(lái)的大型復(fù)雜航天器里面的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)不僅數(shù)量多，相互間的通信關(guān)系也非常復(fù)雜。在載人航天器上加入了這套“時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)星載原型系統(tǒng)”之后，就能把整個(gè)航天器做成一個(gè)類似大家庭局域網(wǎng)的狀態(tài)，形成類似智能家居的智能航天器信息體系。屆時(shí)，航天員用一個(gè)平板電腦，就能對(duì)飛船或空間站上的所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化控制。這樣不僅操作簡(jiǎn)便，也極大減輕了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的壓力。

來(lái)源北京日?qǐng)?bào)客戶端|記者王鴻良

編輯：蔡文清

流程編輯：王夢(mèng)瑩