中國航天開啟空間站時(shí)代

火箭呼嘯而去、飛船搖曳而落，瑰麗地球和深邃太空之間的一去一回，勾勒出一幕人類探索宇宙的壯麗圖景，也開啟了中國一個新的航天時(shí)代——空間站時(shí)代。

椰風(fēng)碧海，巨箭聳立；馴火牧天，撼山動地?？?！長征火箭再度出征，中國航天以奮進(jìn)的姿態(tài)走到一個新的歷史坐標(biāo)。

這一幕，似曾相識。幾個月前，長征五號遙三運(yùn)載火箭成功飛天，“胖五”再度叩響太空之門。

這一幕，又倍感新鮮。長征五號B遙一運(yùn)載火箭（下稱“長征五號B運(yùn)載火箭”）接過“哥哥”的“接力棒”，帶上“新乘客”——新一代載人飛船試驗(yàn)船（下稱“新飛船”）再度出征，以探索太空的勇者姿態(tài)，扶搖直上九天。

這一飛，標(biāo)志著中國空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷；這一飛，拉開了我國載人航天工程“第三步”任務(wù)的序幕。這是中國航天的一小步，也是建成未來空間站的一大步，中國航天正闊步向前，開啟空間站時(shí)代。

長征五號B運(yùn)載火箭發(fā)射成功（圖/新華視點(diǎn)官方微博）

長征五號B開啟問天新征程

長征五號B運(yùn)載火箭由中國航天科技集團(tuán)有限公司一院抓總研制，于5月5日在文昌航天發(fā)射場成功首飛，把近22噸重的新飛船送入太空。這是中國乃至亞洲火箭首次發(fā)射超過20噸重的航天器，進(jìn)一步奠定了長征五號系列火箭運(yùn)載能力在世界現(xiàn)役火箭第一梯隊(duì)中的地位。

“胖五”家族再添新成員

此次首秀的長征五號B運(yùn)載火箭——“胖五B”，與2019年底“王者歸來”的長征五號運(yùn)載火箭——“胖五”相比有何不同，對中國航天又有何重大意義？

“胖五”哥倆使命不同

長征五號B運(yùn)載火箭是在長征五號運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)上研制而成的，后者于2016年首飛，迄今已經(jīng)發(fā)射過三次。

“長征五號運(yùn)載火箭與長征五號B運(yùn)載火箭在立項(xiàng)之初就確定為兩種最基本的構(gòu)型，在后續(xù)很多大型試驗(yàn)中，兩種狀態(tài)都是一并考慮的，它們屬于兄弟倆。”長征五號運(yùn)載火箭副總指揮曲以廣說。

長征五號運(yùn)載火箭與長征五號B運(yùn)載火箭同屬長征五號系列火箭，共享5米大直徑箭體結(jié)構(gòu)、大推力液氧液氫發(fā)動機(jī)技術(shù)、大推力液氧煤油發(fā)動機(jī)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，但在設(shè)計(jì)方面也有很多不同。

長征五號B運(yùn)載火箭被稱為中國第一個“一級半”火箭?！耙患壈搿笔侵冈诨鸺囊患壣侠壦膫€助推器，助推器即“半級”。而長征五號運(yùn)載火箭由一級、二級和助推器組成，是“二級半”。

從外觀上看，長征五號運(yùn)載火箭整流罩長約12.3米，而長征五號B運(yùn)載火箭整流罩達(dá)到20.5米，是中國最大的火箭整流罩。

縮減一級，長征五號B運(yùn)載火箭比長征五號運(yùn)載火箭矮了3米，但更重要的差別是用途。

多一級的長征五號運(yùn)載火箭擅于跑長途，“乘客”目的地包括3.6萬公里的地球同步軌道、38萬公里外的月球以及更遠(yuǎn)的火星。長征五號B運(yùn)載火箭則運(yùn)送目標(biāo)距離更近的航天器，主要用于發(fā)射近地軌道大型衛(wèi)星及飛船，這里是我國空間站建設(shè)的主戰(zhàn)場，后續(xù)空間站核心艙等主要艙段，都由長征五號B運(yùn)載火箭送上天。

即便少了一級，長征五號B運(yùn)載火箭在專門向近地軌道送貨的長征系列火箭中，力氣仍然是最大的，一次能送超過22噸的東西，相當(dāng)于10多輛小轎車的重量，這個“力度”也讓我國發(fā)射較大規(guī)模的航天器成為可能。比如空間站的各個艙段重量超過20噸，只有長征五號B運(yùn)載火箭能夠發(fā)射。

放置在水平測試廠房的長征五號B運(yùn)載火箭助推器（吳敬博 攝）

因此，長征五號B運(yùn)載火箭被稱作中國空間站的“專屬列車”，其意義之重大可見一斑。

“胖五B”工作條件更嚴(yán)酷

長征五號B運(yùn)載火箭只用“一級半”就能把重磅航天器送上天，得益于采用氫氧推進(jìn)劑的芯一級和采用液氧煤油推進(jìn)劑的助推器的合理搭配。而芯一級的兩臺大推力氫氧發(fā)動機(jī)，從地面點(diǎn)火一直工作到把航天器送入軌道，要“打全場”，責(zé)任重大。

氫氧發(fā)動機(jī)的比沖（用于衡量發(fā)動機(jī)性能，可以理解為汽車的“百公里油耗”）傲視群雄，但其研制難度也極高。長征五號B運(yùn)載火箭所承擔(dān)任務(wù)的特殊性，對芯一級的大推力氫氧發(fā)動機(jī)提出了更高的要求。

載人空間站工程的交會對接等任務(wù)好比在數(shù)百公里高的太空“穿針引線”，時(shí)間不能有絲毫誤差，否則可能失之交臂，導(dǎo)致耗費(fèi)更大的代價(jià)調(diào)整軌道。這要求運(yùn)載火箭必須嚴(yán)格按照精準(zhǔn)的時(shí)間發(fā)射，達(dá)到分秒不差，也就是所謂的“零窗口”發(fā)射。

對氫氧發(fā)動機(jī)來說，要實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射，必須確保發(fā)射前各項(xiàng)工作環(huán)環(huán)相扣、步步流暢，一點(diǎn)時(shí)間都不能耽誤。如發(fā)射前要預(yù)先把發(fā)動機(jī)的溫度降得很低，即“預(yù)冷”，以防止零下250多攝氏度的液氫和零下180多攝氏度的液氧推進(jìn)劑進(jìn)入發(fā)動機(jī)后發(fā)生意外。在長征五號運(yùn)載火箭首飛時(shí)，就曾因?yàn)榘l(fā)動機(jī)預(yù)冷不順利而推遲發(fā)射時(shí)間。

同時(shí)，長征五號B運(yùn)載火箭比長征五號運(yùn)載火箭更輕，但起飛推力與長征五號運(yùn)載火箭相同。用同樣的力氣向上提更輕的東西，加速度自然更快。而在助推器分離后，火箭加速度又瞬間降到最低。

“就像深海魚突然跳到喜馬拉雅山上，巨大的壓力變化會使魚瞬間爆裂”，中國航天科技集團(tuán)有限公司六院長征五號運(yùn)載火箭副總設(shè)計(jì)師王維彬說，發(fā)動機(jī)的入口面對過山車一樣大起大落的壓力，給發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定、可靠工作帶來巨大挑戰(zhàn)。

氫氧發(fā)動機(jī)研制隊(duì)伍通過大量的研究改進(jìn)與試驗(yàn)驗(yàn)證，將這些難點(diǎn)逐一攻克，進(jìn)一步提高了發(fā)動機(jī)工作的可靠性與穩(wěn)定性，確保發(fā)動機(jī)發(fā)射前不會“發(fā)燒”、按時(shí)完成預(yù)冷等工作，飛行時(shí)扛住巨大壓力，平穩(wěn)運(yùn)行。

“在地面設(shè)備方面，我們通過采用遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)的方式，保證了發(fā)動機(jī)預(yù)冷等發(fā)射前環(huán)節(jié)的安全、順利推進(jìn)?！敝袊教炜萍技瘓F(tuán)有限公司一院長五火箭副總設(shè)計(jì)師賀建華介紹。

采取大推力直接入軌

除了零窗口和過山車一樣的壓力，一級精準(zhǔn)入軌也是一個巨大的挑戰(zhàn)。采用多級火箭執(zhí)行發(fā)射任務(wù)時(shí)，都是用推力很小的末級火箭將衛(wèi)星送到預(yù)定軌道，再輔以推力更小的姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)，更容易在航天器入軌前對位置與姿態(tài)進(jìn)行微調(diào)，從而確保精確入軌。

而只有一級半的長征五號B運(yùn)載火箭要用兩臺大推力氫氧發(fā)動機(jī)直接運(yùn)送載荷入軌，就像用大刀刻“微雕”，力道極難掌握，給精準(zhǔn)入軌帶來了巨大挑戰(zhàn)。

同時(shí)，大推力氫氧發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)后，還會產(chǎn)生“后效”，就如同燃?xì)庠铌P(guān)閉后的“余火”，也會對入軌精度造成影響。這需要確保發(fā)動機(jī)燃燒穩(wěn)定，并在發(fā)動機(jī)研制時(shí)就盡可能算出“后效”的預(yù)測值，控制系統(tǒng)也必須將所有可能產(chǎn)生的誤差考慮進(jìn)去。

科研人員正在確認(rèn)長征五號B運(yùn)載火箭助推器狀態(tài)（吳敬博 攝）

中國航天科技集團(tuán)有限公司一院長征五號運(yùn)載火箭副總設(shè)計(jì)師李學(xué)鋒介紹，針對發(fā)動機(jī)“后效”等不確定因素，研制團(tuán)隊(duì)用隨機(jī)“打靶”的方法，模擬出上萬種情況，以驗(yàn)證控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性?！按虬小睂?shí)驗(yàn)證明，即便預(yù)測的“后效”與實(shí)際情況有所出入，控制系統(tǒng)也能確?；鸺_入軌。

而控制系統(tǒng)研制隊(duì)伍早在長征五號系列火箭研制之初，就統(tǒng)籌考慮了長征五號運(yùn)載火箭和長征五號B運(yùn)載火箭的任務(wù)特點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)的硬件可以通用，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化；軟件也無需大改，就能適應(yīng)兩者不同的飛行任務(wù)。

在火箭總體彈道設(shè)計(jì)上，科研人員也充分考慮了發(fā)動機(jī)“后效”的影響，基于發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)試車的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案。

多項(xiàng)瘦身舉措收益可觀

一眼看過去，長征五號B運(yùn)載火箭與之前的三發(fā)長征五號運(yùn)載火箭似乎沒有太大區(qū)別，但當(dāng)深入了解后，才發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多次技術(shù)改進(jìn)，“胖五”也在不斷地成長。

值得關(guān)注的是，上海航天技術(shù)研究院承擔(dān)了長征五號B運(yùn)載火箭4個助推器以及外部安全系統(tǒng)、芯級配套電池等研制，提供90%的起飛推力。其中，4個巨大的助推器經(jīng)歷了一段不為人知的“瘦身”歷程。

“胖五”家族助推模塊的頭錐由于飛行動力的需求，它和長征火箭家族中的其他兄弟姐妹們有所不同，從側(cè)面看上去呈現(xiàn)出一個三角形狀，從正面看上去就像一個萌萌的“小企鵝”嘟著嘴。

長征五號B運(yùn)載火箭助推結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師林連鑌介紹，由于長征五號系列火箭采用了前捆綁點(diǎn)主傳力的結(jié)構(gòu)，在助推器頭錐的前捆綁點(diǎn)處受到高達(dá)300多噸的偏置集中力。為了有效擴(kuò)散和支撐如此大的偏置集中力，增強(qiáng)與前捆綁點(diǎn)處相連的偏置集中力承載結(jié)構(gòu)，在看似“小企鵝”的斜頭錐里運(yùn)用了增強(qiáng)強(qiáng)度的承力結(jié)構(gòu)，但是由于它的放射性結(jié)構(gòu)，“小企鵝”的體重一直居高不下，也使該結(jié)構(gòu)占到整個頭錐重量的60%以上，經(jīng)設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)分析，此處減重空間最大。

上海航天技術(shù)研究院研制團(tuán)隊(duì)通過“拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)”對頭錐傳力路徑進(jìn)行優(yōu)化，基于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果對捆綁點(diǎn)下方集中承載和擴(kuò)散結(jié)構(gòu)開展工程化減重優(yōu)化設(shè)計(jì)——將原頭錐捆綁點(diǎn)下方“多層放射筋壁板+主承力桁條”的多層結(jié)構(gòu)串聯(lián)的集中力承載擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，優(yōu)化為結(jié)構(gòu)更加連續(xù)、承載效率更高的“主承力桁條+主承力厚板”的新型并聯(lián)共承力形式，實(shí)現(xiàn)頭錐結(jié)構(gòu)減重約12%，近150千克。

同時(shí)，設(shè)計(jì)師還從內(nèi)部挖潛。長征五號B運(yùn)載火箭助推動力系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師李會萍介紹，根據(jù)前幾發(fā)長征五號運(yùn)載火箭的飛行實(shí)際，煤油箱的增壓氣瓶余量較大，經(jīng)過討論和分析驗(yàn)證，在長征五號B運(yùn)載火箭每個助推器中都減少了1個氣瓶，至少減重23千克。此外，取消后處理管路之后，每個助推器至少減重16千克。

讓中國航天擁有更大舞臺

長征五號B運(yùn)載火箭是為我國載人空間站工程研制的，它的首飛對后續(xù)空間站建造來說至關(guān)重要。

長征五號運(yùn)載火箭系統(tǒng)總指揮王玨介紹，從立項(xiàng)到首飛，長征五號B運(yùn)載火箭經(jīng)歷了近10年的研制歷程。2011年11月，長征五號B運(yùn)載火箭正式批復(fù)立項(xiàng)，承擔(dān)發(fā)射空間站艙段的任務(wù)。2012年1月，長征五號B運(yùn)載火箭方案通過評審，轉(zhuǎn)入初樣研制階段。2018年11月，長征五號B運(yùn)載火箭轉(zhuǎn)入試樣研制階段。2020年1月19日，長征五號B運(yùn)載火箭順利通過出廠評審。

靜待發(fā)射的長征五號B運(yùn)載火箭（圖/央視軍事官方微博）

“作為專門為載人航天工程空間站建設(shè)而研制的一型新型運(yùn)載火箭，長征五號B運(yùn)載火箭的首飛成功，標(biāo)志著空間站工程建設(shè)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)階段?！蓖醌k介紹說。

自長征一號火箭將東方紅一號衛(wèi)星送入太空以來，中國人進(jìn)入太空的能力已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多次跨越，長征五號B運(yùn)載火箭的近地軌道運(yùn)載能力大于22噸，可以將接近于3個“天宮一號”重量的空間站艙段送入太空。從長征一號到長征五號B運(yùn)載火箭，從173千克到22噸，“長征五號B火箭的成功首飛讓中國航天擁有了更大的表現(xiàn)舞臺?！敝袊\(yùn)載火箭技術(shù)研究院院長王小軍說。

長征五號系列運(yùn)載火箭作為未來中國載人航天工程空間站建設(shè)以及月球探測、火星探測等深空探測任務(wù)的主力運(yùn)載火箭，無疑將在建設(shè)航天強(qiáng)國之路上，承擔(dān)更加光榮而艱巨的使命。

據(jù)悉，長征五號系列運(yùn)載火箭今年共計(jì)劃執(zhí)行三次發(fā)射任務(wù)。除了長征五號B運(yùn)載火箭首飛外，下半年長征五號運(yùn)載火箭將發(fā)射我國首個火星探測器。年底前，長征五號運(yùn)載火箭還將發(fā)射嫦娥五號月球探測器，計(jì)劃對月球表面采樣后返回。

“面對后續(xù)重大工程多、發(fā)射密度高等情況，不管條件如何變化，我們自力更生、艱苦奮斗的志氣不能丟。只有不畏艱險(xiǎn)、埋頭苦干，才能讓探索太空的腳步走得更穩(wěn)更遠(yuǎn)?！遍L征五號系列運(yùn)載火箭第一總指揮、中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院黨委書記李明華說。

新飛船逐夢天宮

三朵紅白相間的巨大“傘花”在回收著陸場上空綻放，近7噸重的返回艙仿佛按下了慢放鍵，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，落地緩沖、平穩(wěn)著陸。

伴隨長征五號B運(yùn)載火箭首飛成功，新飛船也進(jìn)入人們的視線。5月8日，返回艙平穩(wěn)著陸，新飛船成功返回，未來這款航天員的新“座駕”將成為中國航天大家庭的重要成員。

載人登月、深空載人探測的新座駕

新飛船是我國全面升級的天地往返交通工具，由中國航天科技集團(tuán)有限公司五院自主研制。

自1999年神舟一號發(fā)射到2016年神舟十一號邀游太空，神舟飛船已經(jīng)成功完成15次飛行，先后將11名航天員順利送入太空，并安全返回。

當(dāng)中國人將目光投向月球和更遙遠(yuǎn)的深空后，神舟飛船已經(jīng)無法滿足更宏大的夢想。

相比神舟飛船，新飛船可以飛得更遠(yuǎn)。可送航天員往返離地球近400公里的空間站，還能實(shí)現(xiàn)38萬公里外的載人登月，甚至去更遠(yuǎn)的星球探險(xiǎn)。

據(jù)中國航天科技集團(tuán)有限公司五院介紹，新飛船不是替代關(guān)系，而是互為補(bǔ)充，可以根據(jù)任務(wù)需求個性化選擇。

神舟飛船解決的是航天員順利進(jìn)入太空，并安全返回地面的難題，而新飛船解決的是如何更安全、更舒適、更智能、更經(jīng)濟(jì)地進(jìn)入太空，開展更遠(yuǎn)距離深空探測的難題。

不僅能載人，還能從事貨運(yùn)，新飛船是一型“客貨兩用”飛船。與目前我國唯一一型貨運(yùn)飛船天舟一號相比，新飛船全面升級，能夠從近地空間站下行運(yùn)輸貨物。

新飛船的概念可追溯至2015年。當(dāng)年，瞄準(zhǔn)空間站運(yùn)營、載人月球探測等需求，中國航天科技集團(tuán)有限公司五院論證提出研制新飛船開展高速再入飛行試驗(yàn)的方案。

從2017年1月到2019年12月，工程師們完成了方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研制、整船總裝、綜合測試、大型試驗(yàn)，突破了大量關(guān)鍵技術(shù)。

圖/搜狐網(wǎng)

5月8日，返回艙平穩(wěn)著陸，新飛船成功返回（圖/新華視點(diǎn)官方微博）

改為大“兩居室”

新飛船個頭很大，有近9米長，最大直徑約4.5米，體重超過20噸，與神舟飛船相比，直徑增大了60%、噸位提升了175%，“內(nèi)存”容量增加了140%。未來新飛船在執(zhí)行近地軌道任務(wù)時(shí)，可以一次運(yùn)送6至7名航天員。

從外觀上看，新飛船有著流暢的倒錐形鈍頭體氣動外形。

據(jù)介紹，倒錐形空氣升力更大，能在以接近第二宇宙速度高速返回時(shí)依靠空氣阻力減速，更加平穩(wěn)、精準(zhǔn)地降落。

與神舟飛船三艙結(jié)構(gòu)不同，新飛船是“兩居室”，一個是返回艙，是整船的指令中心，也是航天員生活起居的地方；另一個是服務(wù)艙，是整船能源與動力中心。

“兩居室”的結(jié)構(gòu)使飛船更靈活，可重復(fù)利用的部分也更多。新飛船只安裝環(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相關(guān)設(shè)備，為“駕駛室”騰出了大量空間，也最大限度地避免了大量設(shè)備和航天員共處一室的安全隱患。

設(shè)備不占空間，人在里面也就有了更大活動空間。飛船的“駕駛室”比神舟飛船大了1倍，可分為工作區(qū)、娛樂區(qū)、餐飲區(qū)以及衛(wèi)生區(qū)，為航天員提供了更舒適的乘坐環(huán)境。

艙內(nèi)還配置了生活娛樂大屏，供航天員休閑娛樂；穿戴式顯示儀表可以讓航天員時(shí)刻了解新飛船的健康狀況。

“飛船大腦”獨(dú)立控制飛行

新飛船的“大腦”——制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)很棒，極大地提高了飛船的自主運(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)營成本，對我國后續(xù)深空探測和載人航天的發(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。

新飛船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)的是自主去往一個目的地，全自主連續(xù)變道實(shí)現(xiàn)的是在去往一個最終目的地的過程中，可智能途經(jīng)若干個中間目的地。采用這種技術(shù)后，大大簡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。

新飛船還能給自己“看病”。在飛行過程中它實(shí)時(shí)關(guān)注著自己的“健康”，一旦出現(xiàn)問題，飛船就能通過系統(tǒng)智能的算法給自己“診病”，包括找到病灶并臨時(shí)或長久剔除病灶。它還具有重構(gòu)功能，即通過身體各部分功能的優(yōu)化再組合來分擔(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，這也大幅簡化了地面飛控支持保障工作。

“內(nèi)衣”可重復(fù)用

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)椴荒芟窈教祜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，未來載人飛船的一個重要發(fā)展趨勢就是可重復(fù)使用。

新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)會被燒毀。現(xiàn)在，經(jīng)過優(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)過規(guī)范嚴(yán)格的檢測，就可以再次執(zhí)行載人航天飛行任務(wù)了。

對接機(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)了一頂“帽子”。飛船與其他飛行器對接時(shí)就把“帽子”掀開，露出里面的對接機(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設(shè)備。

東風(fēng)著陸場工作人員進(jìn)行返回艙艙體狀態(tài)檢查（圖/新華社）

新飛船試驗(yàn)船返回艙順利運(yùn)抵中國空間技術(shù)研究院（圖/中國航天科技集團(tuán)官網(wǎng)）

換句話說，新飛船返回艙每次返回后，只需要更換“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。

返回時(shí)更安全

新飛船上天后，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，這是以前沒有過的。抵達(dá)大橢圓軌道后，新飛船還進(jìn)行了調(diào)姿、返回制動、返回艙服務(wù)艙分離等關(guān)鍵步驟，對新飛船再入返回技術(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，以對氣動外形、防熱和群傘等技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

因?yàn)槭浅墶按蟠?，所以新飛船的返回艙在返回時(shí)首次采用了群傘氣動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，我國在回收重量和開傘動壓等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面已達(dá)到國外同等水平。

新飛船在返回時(shí)不像神舟飛船那樣，靠一具引導(dǎo)傘、一具加速傘、一具牽頂傘和一具主傘來減速，而是采用了由兩具減速傘和三具主傘組成的“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。這三具主傘，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)于五六個標(biāo)準(zhǔn)的籃球場大小。

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

中國空間技術(shù)研究院北京空間機(jī)電研究所專家黃偉介紹，針對新飛船的特點(diǎn)，研究人員經(jīng)多方案比較選擇了氣囊。氣囊的優(yōu)勢主要在于：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)動機(jī)可以設(shè)置不同啟動高度，且氣囊的控制精度更難以保證。所以說它們各有優(yōu)勢，但針對新飛船，用氣囊更合適。

揭秘中國空間站

20世紀(jì)90年代，我國制定了載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略：一是發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程，開展空間應(yīng)用試驗(yàn)；二是多人多天飛行、航天員出艙，實(shí)現(xiàn)飛船與空間艙的交會對接，并發(fā)射短期有人照料的空間實(shí)驗(yàn)室；三是建造空間站，解決有較大規(guī)模的長期有人照料的空間應(yīng)用問題。

如今，太空家園的夢想正一步步走向現(xiàn)實(shí)。長征五號B運(yùn)載火箭首飛任務(wù)取得圓滿成功，標(biāo)志著空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷，期盼已久的中國空間站建造大幕終于拉開。

三室兩廳還帶儲藏間

中國空間站的名字頗具中國特色，命名為“天宮”，一般情況下駐留3人，在航天員輪換時(shí)最多可達(dá)6人，建成后將成為我國長期在軌穩(wěn)定運(yùn)行的國家太空實(shí)驗(yàn)室。

對于中國空間站的結(jié)構(gòu)，中國航天科技集團(tuán)有限公司五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師朱光辰曾形象地比喻：“如果神舟飛船是一輛轎車，那么天宮一號和天宮二號相當(dāng)于是一室一廳的房子，中國空間站則像是三室兩廳還帶儲藏間?！?/p>

核心艙命名為“天和”，全長16.6米，最大直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量22.5噸，可支持3名航天員長期在軌駐留，是我國目前研制的最大航天器。它既是空間站的管理和控制中心，也是航天員生活的主要場所，還能支持開展少量的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。為了讓航天員在太空中的長期生活更加舒適，核心艙在設(shè)計(jì)上有很大突破，供航天員工作生活的空間約50立方米，加上兩個實(shí)驗(yàn)艙后，航天員活動空間整體達(dá)到110立方米。

核心艙包括節(jié)點(diǎn)艙、生活控制艙和資源艙三部分，有3個對接口和2個停泊口。停泊口用于連接兩個實(shí)驗(yàn)艙，一起與核心艙組裝形成空間站組合體。對接口用于載人飛船、貨運(yùn)飛船及其他飛行器訪問空間站，另有一個出艙口供航天員出艙活動。其中，核心艙前端的兩個對接口接納載人飛船對接停靠，后端的一個對接口接納貨運(yùn)飛船?？垦a(bǔ)給。對接口可以支持其他飛行器短期?？?，并接納新的艙段對接，擴(kuò)展空間站規(guī)模。

實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ名為“問天”，主要任務(wù)是開展艙內(nèi)和艙外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，也是航天員的工作生活場所和應(yīng)急避難場所。實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ配備了航天員出艙活動專用氣閘艙，支持航天員出艙活動，配置了小型機(jī)械臂，可進(jìn)行艙外載荷自動安裝操作。實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ有著核心艙部分關(guān)鍵平臺功能，這意味著在需要時(shí)，它可以執(zhí)行對空間站的整個管理和控制。

實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ名為“夢天”，具備和實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ類似的功能。實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ還配置有貨物專用氣閘艙，在航天員和機(jī)械臂的輔助下，支持貨物、載荷自動進(jìn)出艙。

空間站乘員天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)由神舟載人飛船和長征二號F火箭共同構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)航天員乘組和部分物資的往返運(yùn)輸?？臻g站貨物運(yùn)輸系統(tǒng)主要由天舟貨運(yùn)飛船和長征七號火箭共同構(gòu)成，主要為空間站上行運(yùn)送航天員生活物資、推進(jìn)劑、平臺維修設(shè)備附件及消耗品、載荷設(shè)備等補(bǔ)給物資，下行銷毀空間站廢棄物，并可用于空間站姿態(tài)和軌道控制。在空間站建設(shè)階段，長征五號B運(yùn)載火箭同樣承擔(dān)著將空間站艙段送入軌道的重要任務(wù)。

圖/《光明日報(bào)》

空間站核心艙模型（圖/新華視點(diǎn)官方微博）

此外，共軌飛行的光學(xué)艙也是空間站的一部分。光學(xué)艙可開展大規(guī)模多色測光與無縫光譜巡天，包括深度和極深度巡天觀測等，同時(shí)光學(xué)艙可以與空間站對接，進(jìn)行在軌維護(hù)，實(shí)現(xiàn)長期運(yùn)行。

用于開展科學(xué)研究

“長期有人照料的國家級太空實(shí)驗(yàn)室”是中國空間站“天宮”的定位。

作為太空實(shí)驗(yàn)室，“天宮”的使命自然是要承擔(dān)科研任務(wù)。近地軌道的獨(dú)特環(huán)境對于特定科研目標(biāo)來說非常稀缺和重要，空間站可提供在地球上幾乎不存在或難以長期保持同一狀態(tài)的特殊近地空間環(huán)境條件（例如失重或微重力、真空、空間輻射、極端溫度等）。

按規(guī)劃，空間站將在軌運(yùn)行10年以上。圍繞地球運(yùn)行期間，將面向前沿科學(xué)探索、人類生存和太空活動，支持開展大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)試驗(yàn)和空間應(yīng)用等活動。

載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)專家說，中國的空間站既是為中國科學(xué)家，也是為全球科學(xué)家提供的科學(xué)探索平臺，通過空間站這個平臺，有望涌現(xiàn)出更多科學(xué)成果，揭示宇宙的諸多奧秘。

空間站資源十分寶貴，經(jīng)過科學(xué)且慎重的遴選，空間站上將搭載安裝包括生物學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理、微重力、流體等類別相關(guān)的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施。

包括與空間站共軌飛行的巡天望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)，空間站規(guī)劃部署了密封艙內(nèi)的十多個科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺。這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，每一個都可看成是一個小型的太空實(shí)驗(yàn)室，支持一個或多個方向的空間科學(xué)與應(yīng)用研究。

具體來說，在人類生存方面，空間站將圍繞人類長期太空生存和提高地面生活質(zhì)量方面開展研究與應(yīng)用。在太空活動方面，空間站支持開展遙科學(xué)技術(shù)、在軌組裝與維修維護(hù)、人機(jī)聯(lián)合作業(yè)等應(yīng)用技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，增強(qiáng)人類的太空活動能力和在軌服務(wù)能力，拓展人類的活動范圍。

在空間站中，航天員既是空間站的居民，同時(shí)也是被研究對象。例如，迄今有11名中國航天員出色地完成了6次載人飛行任務(wù)，同時(shí)也有效驗(yàn)證了航天員選拔訓(xùn)練技術(shù)以及健康、生活和工作三大駐留保障技術(shù)，為未來空間站長期飛行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和保障?？臻g站時(shí)代，圍繞航天員的科學(xué)與技術(shù)研究將繼續(xù)開展。

或超國際空間站水平

“我們的目標(biāo)是建設(shè)并運(yùn)營國家級太空實(shí)驗(yàn)室，為空間科學(xué)研究與應(yīng)用提供全面支持，推動我國空間科學(xué)研究進(jìn)入國際先進(jìn)行列，并不斷將取得的先進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。”中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任高銘說。

與航天強(qiáng)國相比，中國空間站建設(shè)起步不算早，比國際空間站晚了20多年。但在空間站建設(shè)上，中國空間站充分考慮了科技對于航天發(fā)展的推動作用，并將其應(yīng)用于各方面?？梢哉f，中國空間站站在了一個更高的技術(shù)和科學(xué)起點(diǎn)上。

在近地軌道建設(shè)空間站，意味著需要掌握大型空間設(shè)施的建造技術(shù)和運(yùn)營管理技術(shù)，需具備強(qiáng)大的維護(hù)維修升級能力。對此，中國空間站設(shè)計(jì)有兩類機(jī)械臂，人機(jī)配合，讓空間站建造維修成為可能。

“往太空運(yùn)送物資的成本非常高，進(jìn)行物資循環(huán)利用并提高物資循環(huán)利用率，是世界載人航天關(guān)注的重大技術(shù)問題?！敝袊d人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平指出，通過新的技術(shù)支持，中國航天員在空間站的補(bǔ)給將得到更好保障。

此前我國航天員在軌飛行的最高紀(jì)錄是33天，航天員生存所必需的水和氧氣由航天器直接帶入太空。為了讓航天員實(shí)現(xiàn)更久的在軌停留，空間站設(shè)計(jì)了完整的可再生生命保障系統(tǒng)。電解制氧時(shí)產(chǎn)生的氫氣與航天員呼出的二氧化碳將通過化學(xué)反應(yīng)生成氧氣，這也能降低氧氣的補(bǔ)給需求。

空間站如此龐大的系統(tǒng)需要強(qiáng)有力的電力保障。空間站的電源系統(tǒng)包含兩對“翅膀”——單翼翼展約30米的柔性太陽翼。該系統(tǒng)能為空間站提供可靠、充足的不間斷供電。此外，空間站將采用電推進(jìn)技術(shù)作為空間站軌道維持的動力裝置，這將顯著降低空間站運(yùn)行期間的推進(jìn)劑補(bǔ)給需求。

周建平指出：“中國空間站在功能、應(yīng)用效益、建造技術(shù)、物資補(bǔ)給等重要指標(biāo)方面，將可全面超越和平號空間站，達(dá)到或接近國際空間站水平；在信息技術(shù)、能源技術(shù)、動力技術(shù)和運(yùn)營效費(fèi)比方面，我們將超越國際空間站水平?！保ū究C合）