「返回艙分離」、「進入大氣層」……指控大廳操作人員目不轉睛盯著屏幕,測控指令此起彼伏。隨著三朵巨大的紅白 「傘花」在酒泉東風回收著陸場上空盛放,返回艙緩緩搖曳著向地面降落。返回艙離地面越來越近,6個氣囊打開,落地緩衝,平穩著陸,飛行試驗任務圓滿成功!
返回艙平穩著陸的那一刻,北京航天飛行控制中心的大廳裡,熱烈的掌聲頓時響徹整個大廳。
5月8日,由中國航天科技集團有限公司第五研究院抓總研製的新一代載人飛船試驗船的返回艙成功降落在酒泉東風回收著陸場預定區域,這標誌著試驗船飛行試驗任務圓滿成功,也意味著中國載人航天事業開啟了新的篇章。
新一代載人飛船在軌飛行模擬圖
完美驗證七大關鍵技術
新一代載人飛船是面向我國近地空間站運營、載人月球探測等任務需求而論證的新一代天地往返運輸飛行器,具備高安全、高可靠、適應多任務和模塊化設計特點,採用「返回艙+服務艙」的兩艙新構型。飛船既可以應用在近地軌道,支撐我國空間站建設,還能勝任載人登月等更遙遠深空的探測重任,更具備著『運人+運貨』的強大本領,在執行近地軌道任務時可以一次運送6-7名航天員。
新一代載人飛船採用諸多新技術和新產品,尤其是在可靠性、安全性、舒適性、經濟性以及智能化程度等方面有了大幅提升。
這次任務的主要目標就是驗證新一代載人飛船方案的正確性。據了解,為了驗證更多的技術和設備,五院研製團隊為試驗船安排了高密度的飛行事件。在軌飛行過程中,試驗船要完成數十個關鍵動作,開展多項搭載試驗,可以說每一分鐘都安排得滿滿當當。
從成功發射到安全返回,試驗船表現完美。對五院而言,他們最關心的、關係到任務的成敗的7項關鍵技術一一得到驗證,為下一階段的新飛船研製指明了方向。
測試中的新一代載人飛船
這7項關鍵技術是:
在軌飛行階段,首次採用的國際上推力最大的單組元無毒發動機成功完成首秀。該發動機使用的HAN 推進劑具有無毒、無汙染、低冰點、密度大、比衝高和使用維護成本低等優點,後續將全面替代現有推進劑,進一步提高航天員的安全性。
首次採用的國內目前空間飛行器用的最大容積表面張力貯箱表現完美。這一貯箱採用鋁合金內襯+複合材料纏繞結構,裝載量更多,能為試驗船提供更大的軌道機動能力。在軌飛行期間,試驗船輕鬆完成了多次變軌,進入了大橢圓軌道,為大再入角高速再入返回創造了充分條件。
更加全面的綜合電子系統不負所托。任務過程中,該系統出色完成了整船總線管理、時間系統管理、數據存儲、觸點信號處理,以及熱控管理等功能,讓飛船的運行更高效。
更加智能的自主軌控技術發揮出色。在軌運行期間,姿控發動機進行姿態控制,保持了三軸對地姿態以及變軌和制動期間的姿態穩定性;軌控發動機實現多次變軌,並成功執行返回制動,精準操控著試驗船完成太空飛行。
再入返回階段,首次採用的新型防熱結構與材料經受考驗。整個防熱結構在重量同比降低超過30%的基礎上,保持了極高的防熱效率。採用的新型輕質防熱材料不僅承受住了再入返回過程中上千度的高溫燒蝕,守護了返回艙的安全。而且防熱結構首次採用可拆卸更換設計,能夠有效提高可重複使用率。返回後只需進行一次「體檢」,更換一套新的防熱結構,返回艙就又能投入下一次任務。
首次採用的群傘氣動減速和氣囊著陸緩衝技術護航回家路。返回艙進入大氣層,到達指定高度後,2具減速傘和3 具主傘依次打開,成功將返回艙的速度從「飛機飛行速度」降為「汽車市區行駛速度」;落地之前,6個氣囊充氣打開,幫助艙體平穩「軟著陸」,最大程度保證了返回艙的安全、完整回收。
量身定製的在軌數據獲取系統為未來研製提供科學支撐。任務期間,該系統通過多種傳感器網絡,獲取了船箭分離衝擊載荷,以及運載發射、在軌飛行和返回著陸過程的載荷環境;通過測量返回艙大底和側壁表面特徵點的壓力和溫度,獲取了返回艙高速再入過程的氣動力和熱特性參數。這些寶貴數據都將為新飛船後繼型號研製優化提供重要參考。
新一代載人飛船尺寸更大、功能更多、更加智能自主,並採用可重複使用技術
中國載人飛船技術從跟跑到並跑
載人航天代表著一個國家的綜合國力和科技實力,能夠促進多學科、多技術領域的向前發展。根據官方公開的資料,上世紀60年代,我國就開始探索載人航天技術,「東方紅一號」衛星發射成功後,代號為「714工程」的載人航天計劃全面推進,該工程的「曙光一號」載人飛船研製計劃也正式上馬。但由於種種原因,「曙光一號」載人飛船研製最終停止。
1992年,我國載人航天工程正式啟動。1999年11月20日清晨,神舟一號飛船發射,我國載人航天大幕徐徐開啟。2003年10月15日,神舟五號發射升空,航天員楊利偉駕乘神舟五號在繞地球14圈、飛行21小時後啟動返回程序,順利返回,實現了中國人幾千年的飛天夢。
「曙光一號」飛船外形上像一顆子彈頭
從1999年至今,我國總共發射了11艘神舟飛船,包括6艘載人飛船和5艘無人飛船,並且還發射了2個空間實驗室,共有11名中國航天員、14人次完成太空之旅,最長在軌時間達30天;實現多個首次——航天員首次太空出艙、首次交會對接、首次太空授課……
在5月5日晚舉行的長徵五號B運載火箭首次飛行任務新聞發布會上,中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明介紹,我國空間站將於2022年前後完成建造,一共規劃12次飛行任務。此次任務後,將先後發射核心艙和實驗艙,進行空間站基本構型的在軌組裝建造;期間,規劃發射4艘神舟載人飛船和4艘天舟貨運飛船,進行航天員乘組輪換和貨物補給。
面向中國載人航天向更遙遠的深空挺進的任務需求,2015年,五院論證提出研製新飛船試驗船開展高速再入飛行試驗的方案。從2017年1月到2019年12月,短短三年間,五院便完成了方案設計、產品研製、整船總裝、綜合測試、大型試驗,突破了大量關鍵技術,從無到有打造出了這艘承載新希望、開拓新「天路」的新飛船試驗船。
神舟七號航天員首次太空出艙
經過任務驗證,新一代載人飛船試驗船的主要技術指標已經達到國際先進水平。澎湃新聞(www.thepaper.cn)從五院了解到,與國際先進的天地往返太空飛行器相比,我國新一代載人飛船的能力毫不遜色,都具備適應多任務需求能力、更大的軌道機動能力、兼顧陸上和水上著陸能力等。
新飛船更加智能,飛船的GNC系統可以獨立控制飛船飛行,進一步提高了自主運行能力,提高了在軌生存能力和應用潛力,同時降低了維護運營成本,對我國後續深空探測和載人航天型號的發展具有十分重大的意義。新飛船還能自己給自己「看病」。在飛行過程中它實時關注著自己的健康,一旦出現問題,通過系統智能的算法自己給自己「診病」,找到病灶並臨時或長久剔除病灶。
新飛船性價比更高。新飛船可重複使用,使用成本大大降低。為了降低進入太空的成本,新一代載人飛船的返回艙被航天工程師設計成可重複使用,如星敏感器、計算機等一些高價值的設備,經過優化設計由服務艙調整至返回艙安裝,這樣就可以隨返回艙返回後進行回收利用。在返回艙外包覆我國自主研製的新型輕質防熱結構,執行完任務後只需更換輕質防熱結構,經過規範嚴格的檢測,就可以再次執行載人航天飛行任務。為了實現多功能使用,新飛船採用「搭積木」式的模塊化設計。不同的任務需求,通過相同的返回艙和不同的服務艙的配置就可以完成。
試驗船飛行任務的圓滿成功,標誌著我國新一代載人飛船已具備雛形。據了解,後續五院將結合任務需求,開展新一代載人飛船總體方案深化論證,儘快完善和研製具備高承載人數和貨運運輸能力、適應近地空間站和載人深空探測任務的新一代載人飛船,使我國載人天地往返運輸技術全面實現由跟跑到並跑的跨越,讓中國人探索太空的腳步邁得更穩更遠,為早日實現建設航天強國的偉大夢想貢獻更大力量。