石豪:中国航天,靠甚么领跑世界?

[文/不雅察者网专栏作者 石豪]

北京时候2020年5月8日13时49分,我国新一代载人飞船实验船返回舱于春风着陆场区平安着陆。

从长征五号B运载火箭的首飞,到新飞船的收受接管,此次拉开我国载人航天新阶段序幕的实验使命终究获得美满成功。

新载人飞船在轨摹拟图

一切为了航天员的平安

作为神船号今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使命的统筹。此中,载人登月使命要求飞船返回舱以近乎第二宇宙速度(11.2千米/秒)平安再进年夜气层,其热节制与姿轨控要求相较神船飞船更加严苛。反而言之,只要新飞船可以或许到达载人登月的返回要求,天然也能够用于速度更低的近地轨道空间站使命,实现返回舱设计的尺度化。

是以,本次新飞船实验船配备了可用于探月的年夜型办事舱模块,整船质量到达21.6吨。在由长征五号B运载火箭发射进进近地轨道后,新飞船履行了7次自立变轨,将轨道远地址抬升至8000千米,既验证了办事舱的轨控能力,又使返回舱的再进速度跨越9千米/秒,缔造了接近第二宇宙速度的返回热流前提。

新载人飞船轨道晋升

事实证实,新飞船的热控方案卓有成效,可以或许全程庇护航天员的平安。

而为了确保航天员的满有把握,新飞船上成功应用的新手艺又何止热控一项。

传统的飞船液体策动机首要采取肼基燃料,如美国的载人龙飞船的SuperDraco策动机就是四氧化二氮/一甲基肼的双组元推动剂。但不论是肼、一甲基肼仍是偏二甲肼,都是剧毒物资,一旦不测泄漏进进返回舱内,将直接要挟航天员生命平安,这也是一向载人龙飞船的一个不不变身分。至于四氧化二氮,其猛烈的侵蚀性和毒性更是不遑多让,不但直接要挟航天员,也对推动剂加注进程有很高的要求。

载人龙飞船推动系统在2019年测试时产生爆炸

在新飞船返回舱上,世界推力最年夜的单组元无毒策动机初次表态。这类策动机采取硝酸羟胺(HAN)燃料,与肼比拟毒性年夜年夜下降,并且不需要四氧化二氮作为氧化剂,有用保障了航天员与地面加注职员的平安。现在,我国多个航天研究所已把握无毒推动剂关头手艺,相干推动器已慢慢在卫星等航天器上获得利用,无毒策动机已成为将来航天推动手艺的主要成长标的目的。

而对平安着陆,与采取单伞+反推火箭的神船号飞船分歧,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实验

这是由于新飞船返回舱比神船号的返回舱重了一倍,而神船飞船采取的是世界上面积最年夜的单体下降伞,继续增年夜单伞面积会超出材料自己的物理特征,得不偿掉。

是以,新飞船选择了双减速伞、三主伞的气动减速方案,每具主伞的面积都与神船飞船的主伞相当,可以或许在短时候内将返回舱的速度下降到每小时几十千米。而且,群伞的冗余特征包管飞船可以或许在一具减速伞、一具主伞掉效的环境下,仍然平安着陆。

固然,伞的数目也不是越多越好,更多的主伞数目对伞系统的整体设计提出更高要求——各伞必需各司其职,不克不及缠在一路“打斗”,不然可能下降伞的效力,反而要挟返回舱平安。

期近将着陆前,新飞船底部的六个气囊主动充气睁开,让飞船像“躺在沙发上”一样软着陆,确保航天员遭到的冲击最小。

新载人飞船年夜载重气囊缓冲手艺实验

着陆后,气囊自动泄气,避免返回舱因重心不稳倾倒——所以我们看到的现场画面中,新飞船是耸立在着陆场上的。

着陆后的新载人飞船

除包管航天员的尽对平安外,新飞船采取群伞+缓冲气囊的着陆设计,还有一个很主要的斟酌——确保飞船长体布局平安,以便实现反复利用。

反复利用与下降本钱

载人航天想要成长必需下降本钱,而反复利用则是下降本钱的一个可行路子。

新载人飞船在设计中,就贯彻了反复利用的理念。

对神船号等老一代飞船,其防热烧蚀层与返回舱是一体化的,利用也是一次性的,一次再进直接报废。

神船十一号飞船返回舱什物

而新飞船采取了两层式布局,内层为可复用的金属布局,外层为可拆卸的烧蚀防热布局。每次飞船返回地球,只需要进行一次周全查抄,确保复用部门无伤,再改换一套防热布局,就可以继续利用。

新载人飞船缩比模子布局

固然,复用也是要寻求整体效益最优,在新飞船的终究方案里,必然会选择最划算的方案——究竟结果,在复用这个题目上本末倒置的背面例子,是现成的。

阿波罗登月成功后,美国转向成长可反复利用的航天飞机,以求下降近地轨道使命的本钱。但是航天飞机为了实现“反复利用”,年夜量采取了新手艺、新方案,以致于运营和保护用度居高不下,反而致使了总本钱上升。

更加严重的是,航天飞机懦弱的救生模式与隔热手艺,直接致使了“挑战者”号和“哥伦比亚”号的悲剧,14名航天员献出了贵重的生命。

航天飞机——美国的自豪与痛苦

终究,美国决议退役全数航天飞机,那时航天飞机的飞翔次数,乃至不及预期的三分之一。

“前车覆,后车戒。”长于以整体目光看题目的中国航天人对此看得很透辟,毫不会重蹈美国的复辙。

不外,事物都是一分为二的。

航天飞机在知足“节俭本钱”这一初始需求方面完全掉败,但仍然没法袒护其在手艺层面的庞大冲破。

从策动机到隔热瓦,从战神火箭到X-37B空天战役机,时至本日,航天飞机的手艺遗产,对美国来讲仍然是一笔难以估计的财富。

X-37B空天战役机

对持久处于追逐者姿态的中国航天而言,捉住新载人飞船这一可贵机缘,充实摸索人有我无的新手艺、新工艺,整体进步我国载人航天的手艺程度,也是正在进行的工作。

究竟结果,没有手艺,和有手艺选择不消,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,最年夜直径4.5米,其返回舱容积已跨越神船飞船轨道舱与返回舱容积之和,可以或许搭载6至7人。与美俄等国在研的新飞船比拟,我国的新一代载人飞船已到达了很高的尺度,可以说“齐头并进”。

按照实验船项目负责人张柏楠同道先容,新飞船采取了新的防热材料,机能很是好,耐烧蚀、隔热性和布局整体性都很出众,这类材料的成功应用是世界领先的。

从远远追逐,到不相上下,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岑岭。

下一座岑岭是年夜型空间站,若是国际空间站(ISS)于2024年如期关停的话,那末中国年夜型空间站将主动承当起全人类摸索太空的任务。

今后,还会有载人登月。

而新飞船,恰是为此而生,模块化的设计可让她轻松胜任近地轨道和地月轨道输运,承当起将五星红旗插上月球的名誉任务。

为何要往月球?

宇宙就是个海洋,月亮就是垂钓岛,火星就是黄岩岛,我们此刻能往,但我们不往的话,后人要怪我们。他人往了,他人占下来了,你再想往都往不了——人平易近科学家叶培建院士如是说。

“昔时为何不把两弹一星弄出来?”很荣幸,这类感伤今天的我们不会有。

是以,我们的子弟也不应有“昔时为何不弄新飞船,把中国人奉上月球?”如许的喟叹。

汗青就是如许布满着偶合,新载人飞船实验船安然回来之日,恰是21年前我驻南同盟年夜使馆遭美军蛮横轰炸的日子。

21年,一样的红旗,分歧的布景。

弱者只能勉强责备,强者却能尽情妄为。

我们要当个弱者,仍是尽力成为强者?

固然是强者。

但毫不会像既有的霸权主义者一样随便驱遣他人,而是来到国际社会就办三件事——

公允,公允,仍是公允。

手里没有手艺,和有手艺不消,不是一回事。

手里没有益剑,和有剑不消,更不是一回事。

我们要有手艺,要有益剑。

为此,我们必需领跑世界。

这是我辈的任务,更是责任。