新飛船一身焦黑落地，第二宇宙速度名不虛傳！打響載人登月開頭炮

公元2020年5月8日下午13時49分，載人登月先導任務新一代載人飛船試驗船返回艙順利著陸於東風著陸場預定區域，任務圓滿完成。一身焦黑的返回艙告訴我們，它的志向不是圍繞地球轉圈圈，而是朝著載人登月、載人登小行星、載人登火星等一系列星辰大海目標奮勇前進。

順利著陸的新一代載人飛船試驗船返回艙

搭載新飛船升空的長徵五號B遙一運載火箭一舉刷新了兩大紀錄，首先這是亞洲第一枚運力超越20噸的大推力運載火箭，再就是搭乘新火箭入軌發射質量達21.6噸的新一代載人飛船試驗船成為我國最大單體太空飛行器，此前這一紀錄保持者是2017年由長徵七號火箭發射入軌的天舟貨運飛船。

新飛船入軌的初始軌道是近地點約162公裡×遠地點約377公裡的90分鐘軌道，而新飛船目標軌道是遠地點8000公裡的大橢圓軌道，這是繼阿波羅17號載人登月任務之後人類載人級太空飛行器飛抵的最高軌道高度。NASA獵戶座載人飛船返回艙此前曾進行過再入測試，但其飛行高度也僅有5000多公裡。

新飛船7次軌道提升

新飛船之所以要爬升至更高軌道，目的是驗證倒錐形返回艙以接近第二宇宙速度（約33馬赫）再入大氣層返回地球的能力，用於模擬月地轉移返回軌道的再入速度，新飛船只有掌握這一能力才能履行載人登月職能。

航天科技五院公布的載人登月效果圖

要從377公裡爬升至8000公裡需要飛船依靠自身動力進行軌道提升，新一代載人飛船重量是神舟載人飛船的將近3倍，僅新飛船返回艙就有約7噸重量，接近一整艘神舟飛船的重量。

新飛船返回艙重量接近一整艘神舟飛船

新飛船重量佔比最大的是服務艙，在執行載人登月任務時服務艙需提供月地轉移軌道飛行動力，因此需要攜帶大量燃料並加強動力推進系統。

服務艙配置有我國容積最大的2900L表面張力貯箱，同時配置有20臺姿態控制發動機，服務艙底部主動力系統由4臺2500N軌道控制發動機組成。

服務艙底部配置有4臺2500N軌控發動機

服務艙主動力系統在此次任務中主要擔負7次軌道提升變軌動力，5月8日12時21分，航天飛行控制中心向試驗船發出返回指令，整船制動後，服務艙與返回艙於13時33分成功分離，在這一過程中服務艙20臺姿態控制發動機為返回艙返回地球建立了初始航向。

新飛船返回艙與服務艙分離

值得一提的是新飛船返回艙配置有新一代無毒HAN基單組元發動機，目前主流火箭發動機有液氧煤油發動機、液氫液氧發動機、液氧甲烷發動機，它們都屬於無毒無汙染環境友好型發動機，傳統的偏二甲肼類發動機由於有劇毒、強致癌、強汙染、易燃易爆等非友好屬性，但是偏二甲肼類燃料屬於常溫推進劑，有易儲存優勢，是彈道飛彈以及在軌太空飛行器的主要動力燃料，例如SpaceX公司載人龍飛船的超級天龍座發動機依舊使用偏二甲肼類燃料。

新一代飛船返回艙應用無毒HAN推進技術

為了克服偏二甲肼類發動機的一系列劣勢，航天科技六院801所前置布局通過多年攻關努力在新一代HAN基單組元無毒發動機領域後來居上，於2018年進行了在軌驗證，使我國成為HAN基單組元燃料發動機領域的領先者。

早在HAN基發動機進行在軌驗證之前801所就已於2016年6月開始著手進行新一代載人飛船返回艙HAN基推進系統方案設計，而且直接進入正樣飛行產品研製，並於2018年年初交付了推進系統模塊產品。

新飛船著陸於東風著陸場預定區域

新一代載人飛船試驗船此次發射的主要任務就是驗證第二宇宙速度再入返回能力，為載人登月任務實施奠定裝備性能基礎，但這並非我國首次進行第二宇宙速度再入任務。

五年多前嫦娥五號T1任務中我們就已經掌握第二宇宙速度再入返回能力，當時這艘月球任務飛船以大橢圓軌道繞到月球背面，爾後T1飛船返回艙在服務艙助力下進入月地返回軌道。該型返回艙採用類似神舟飛船返回艙的鐘形布局，再入大氣層時使用跳躍式彈道，通過二次再入大氣減速，一個形象的比喻就是「太空打水漂」。

嫦娥五號T1返回艙

兩個月前筆者就預判新一代載人飛船試驗船返回艙也會採用類似嫦娥五號T1返回艙的跳躍式彈道，事實證明我的這一預判準確無誤。

兩個月前預判新飛船採用跳躍式彈道返回

跳躍式彈道需要返回艙二次再入大氣層，第一次再入飛船下降至指定速度後，返回艙在強大的弓形激波作用下被反推至大氣層外，爾後二次再入，此時的速度與近地軌道再入返回速度已相差無幾。

官方公開的新飛船跳躍式彈道

新飛船返回艙採用倒錐形布局比嫦娥五號T1飛船的鐘形返回艙大幅增加了升阻比，機動能力更強，更有利於進行跳躍式彈道再入返回，也有助於提高返回艙落點精度。

不同於神舟飛船返回艙金屬結構與防熱材料一體成型工藝，新飛船採用可拆卸隔熱瓦設計，隔熱性能是神舟返回艙的3倍，返回地球後通過更換隔熱瓦即可實現重複使用，降低飛船長期運營成本。

可拆卸隔熱瓦

新飛船返回艙頂部是可展開式機構，裡面可以包裹空間交會對接機構，有隔熱結構保護也可以重複使用。以往神舟飛船對接機構安裝在軌道艙上，返回艙返回地球後對接機構無法重複使用。

返回艙頂部為可展開重複使用對接機構

經過二次再入的新飛船返回艙還不能高枕無憂，接下來它還將驗證群傘降落與氣囊緩衝著陸技術，神舟返回艙只有一枚1200平方米減速傘，而新飛船由於再入重量是神舟飛船的三倍，因此需要更大面積的減速傘，而減速傘難以無限放大，因此配置有三枚760平方米減速傘，也被稱為「群傘減速」。

群傘高空投放試驗

早在四年多前航天科技五院508所在北疆地區完成了我國首次特大群傘試驗，群傘在提供更小降落速度的同時也提高了安全性，即便有一枚減速傘沒有打開也不會構成致命後果。

群傘展開技術較為複雜，如何做到在高空氣流環境下的互不纏繞需要通過多輪試驗驗證技術方案。2016年12月7日首次用於航天領域的大型群傘系統開始加工，2018年應用於新飛船的減速傘正式通過強度考核，標誌著新飛船群傘裝置正式完成產品研製。

減速傘強度試驗

返回艙落地瞬間也需要緩衝著陸裝置，神舟返回艙大底在著陸前會被拋掉，爾後反推火箭點火實現緩衝著陸，較高的方案複雜度也帶來了安全隱患，歷次神舟返回艙著陸時有直立形態，也有傾倒形態。新飛船返回艙應用了緩衝氣囊裝置，在多數情況下能以直立形態著陸，屬於無損著陸技術，安全性更高。

氣囊緩衝裝置由高強度複合材料製備而成，具備7噸級大載重緩衝著陸能力，觸地著陸瞬間為百毫秒級，需要氣囊在短時間內完成充氣放氣兩個環節操作，著陸的同時就需要氣囊同步放氣，否則返回艙也有被彈起跌落風險。

研製團隊經過大量攻關，研製出高靈敏度著陸敏感器和排氣口火工切割器，使著陸緩衝機構能夠精確按照艙體過載實時進行主動排氣控制，保證了系統工作的可靠性。

氣囊緩衝試驗

新一代載人飛船試驗船於2017年1月開始進行方案設計，至2019年12月完成研製，歷時3年時間，周期之短速度之快超越了所有國際同行。

反觀獵戶座載人飛船自2006年正式開始研製時至今日已有將近十四年時間，但還沒有實施過完整的飛船在軌飛行任務，只在2014年進行過單一返回艙再入試驗，為什麼我們可以這麼快？

早在四年前我們就已經發射新飛船縮比試驗船

首先要感恩祖國賦予我們的強大國力，讓航天人有條件進行前置部署，新一代載人飛船事實上至今還沒有立項，但我們不僅擁有看得見摸得著的飛船，而且已經完成了首次在軌飛行與再入驗證任務。

再就是因為我們有一群仰望星空胸懷遠大理想的航天人，載人航天工程副總設計師張柏楠兩年前曾說，如果我們等先立項再研製，在激烈的國際競爭中就會落後。因此必須提前投入。新一代載人飛船，我們力爭跟國際同步。

星辰大海的夢想我們絕不僅僅是說說

得益於超前部署，如今我們不僅實現了跟國際同步，更是領先於NASA的獵戶座飛船實現完整版深空飛船在軌飛行測試，我國新一代載人飛船是當今世界唯一具備挑戰載人登月任務能力的新型深空飛船。

嫦娥探月工程是21世紀人類探月先鋒力量，如今新一代載人飛船又在載人登月領域率先打響了開頭炮。星辰大海的夢想我們從來不只是說說，而是身體力行實踐，在實踐的過程中航天人默默無聞，得來的結果就是「悶聲發大財」。