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中國新一代載人飛船新在哪兒

來源:咸寧網 時間:2020-05-15 15:12

試驗船進行大載重氣囊著陸緩沖技術試驗

打造中的試驗船

5月8日,我國新一代載人飛船試驗船在圓滿完成了預定任務后,在酒泉東風回收著陸場成功著陸。這標志著該試驗船的飛行試驗任務圓滿完成,也意味著中國載人航天工程邁出了探索浩瀚宇宙新的一步。

具有三大特征

我國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:

一是用途十分廣。以往的載人飛船分兩種,一種是像“聯盟”“神舟”載人飛船那樣的衛星式飛船,即像人造地球衛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輸,也能完成載人月球探測等載人深空探測任務,甚至還可以運貨。

二是運載能力大,載人多。它每次可以運送4至7人,而目前使用的“聯盟”和“神舟”載人飛船每次最多可運3人。雖然新一代飛船采用兩艙構型,但其直徑比“神舟”“聯盟”載人飛船都大。其目的是把內部加壓空間都集中在一個艙段內,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。

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

新一代載人飛船的設計特點是具備高安全、高可靠、適應多任務和模塊化。此次發射的試驗船主要對新一代載人飛船進行高速再入返回防熱、控制和群傘回收等七大關鍵技術進行飛行驗證,為未來載人航天奠定了更堅實的基礎。

創造多個首次

新一代載人飛船是面向我國載人航天未來發展需求而論證的新一代載人天地往返運輸飛行器,全長約9米,最大直徑4.5米,最大發射重量23噸。在充分繼承我國載人航天工程已有技術的基礎上,它在結構、推進、回收、能源、熱控、電子、人機交互和可重復使用等方面采用了一系列先進技術,使飛船具備高可靠、高安全、低成本和宜居的特點。

為了能在一次任務中驗證更多新技術、新材料,中國空間技術研究院飛船工程師在新一代飛船試驗船上應用了許多新設計、配置了許多新裝備,創造了中國載人航天器領域的多個首次,這充分體現出我國載人航天領域發展“好、快、省”的發展理念。

例如,在此次任務中,返回艙結構首次采用了密封艙和非密封艙設計;防熱結構首次采用了新型輕質耐燒蝕的碳基防熱材料,以滿足高速再入熱防護的需求;首次采用了國際上推力最大的新型單組元無毒推進系統;首次采用了國內航天器最大的表面張力貯箱。此外,新一代載人飛船試驗船上還搭載了我國科研院所的多項有源載荷,開展了太空3D打印等在軌空間應用和空間科學實驗,實現了一次任務多方受益。

改為大“兩居室”

跟“神舟”飛船三艙式結構不同,新一代載人飛船采用兩艙式構型,由返回艙與服務艙組成。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;服務艙是整船能源與動力中心。

返回艙采用金屬結構與防熱結構分開的雙層殼結構,相當于“內衣”的金屬結構里面是航天員的“駕駛室”,只安裝了環控生保、人機交互等直接關系到航天員生命安全和飛船操控的設備,這樣就騰出了大量空間,也最大程度地避免了大量設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、艙內視野遮擋少等特點。

采用這種設計方式,可以使設備不占空間,讓人的活動空間大大增加。新飛船的“駕駛室”可以分為工作區、娛樂區、餐飲區以及衛生區,能為航天員提供更舒適的乘坐環境。據悉,未來這里還將配置生活娛樂大屏,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,讓航天員可以時刻了解飛船的健康狀況。

相當于“外衣”的防熱結構采用了耐燒蝕的新型輕質防熱材料,在重量比“神舟”飛船降低超過30%的基礎上,防熱效率則達到“神舟”飛船的3倍。

“內衣”可重復用

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,因為不能像航空飛機重復使用,所以成本很高。為了降低進入太空的成本,未來載人飛船的一個重要發展趨勢就是重復使用。

我國新一代載人飛船的返回艙是可重復使用的。它采用金屬結構與防熱結構分開的設計方式,返回后只需要更換防熱結構即可,金屬結構和艙內設備能重復使用。例如,星敏感器、計算機等一些高價值的設備,原先都是放在服務艙里的,落入大氣層時會被燒毀?,F在,經過優化設計,把它們由服務艙調整至返回艙安裝,這樣就可以隨返回艙返回地面后進行回收利用。在返回艙外包覆我國自主研制的新型輕質防熱結構,執行完任務后只需更換輕質防熱結構,并經過規范嚴格的檢測,就可以再次執行載人航天飛行任務了。

對接機構也很“金貴”,為此,工程師用與防熱結構一樣的材料給飛船設計了一個“帽子”。飛船與其他飛行器對接的時候就把“帽子”掀開,露出里面的對接機構,等返回地球的時候再把“帽子”戴上,以保護里面的設備再入大氣層時不被燒壞,從而可以繼續使用。這樣的設計,可以比“神舟”返回艙回收更多的高級設備。

換句話說,我國新一代載人飛船返回艙每次返回后,只需要更換“外衣”就行,相當于“內衣”的金屬結構艙可重復使用。

具有多種用途

由于采用了模塊化設計,所以新一代載人飛船既能用于近地軌道的載人天地往返,為我國空間站提供人員和物資的運輸,也可適應近地軌道飛行、載人月球探測和載人深空探測等多種任務;既能用于載人,也可完成貨運飛船的任務,也就是可把“太空巴士”快速變為“太空貨車”,給空間站運送大量的補給物資,或者把在空間站所做的一些實驗或試驗樣品帶回地球。

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”的設計思路。具體說就是把因任務不同而性能指標各異的電源、推進、燃料和資源等分系統集成到服務艙內,這樣就能實現用統一的返回艙、配置不同的服務艙模塊,來滿足近地空間站運營、后續載人航天工程等多任務需求的目標。采用這樣的先進設計,不僅能大大縮短研制周期,還可以采取批量化研制模式來降低研制成本。

簡單地說,為了實現多功能使用,新一代載人飛船采用“搭積木”式的模塊化設計。針對不同的需求,通過相同的返回艙和不同的服務艙的配置就可以完成任務。

實驗太空3D打印

在新一代載人飛船試驗船返回艙中,搭載了一臺3D打印機,這是我國首次進行太空3D打印實驗,也是國際上第一次在太空中開展連續纖維增強復合材料的3D打印實驗。

這次打印的對象有兩個,一個是蜂窩結構(代表航天器輕量化結構),另外一個是CASC(中國航天科技集團有限公司)標志。

飛行期間,我國自主研制的“復合材料空間3D打印系統”,自主完成了連續纖維增強復合材料的樣件打印,并驗證了微重力環境下復合材料3D打印的科學實驗目標。

據悉,連續纖維增強復合材料是當前國內外航天器結構的主要材料,密度低、強度高。開展復合材料空間3D打印技術研究,可以實現按需制造,并支持我國空間站在軌擴建,這對于未來空間站長期在軌運行、發展空間超大型結構在軌制造具有重要意義。

另外,飛船在軌還完成了一項用于未來讓航天員享受“智能家居”太空生活的高速局域網試驗。其上裝有一個名叫“時間觸發以太網星載原型系統”,它可將各個系統聯通成一個高速局域網,速率達到了千兆網的水平。

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

未來的大型復雜航天器里面的設備和節點不僅數量多,相互間的通信關系也非常復雜。在載人航天器上加入了這套“時間觸發以太網星載原型系統”之后,就能把整個航天器做成一個類似大家庭局域網的狀態,形成類似智能家居的智能航天器信息體系。屆時,航天員用一個平板電腦,就能對飛船或空間站上的所有設備實現一體化控制。這樣不僅操作簡便,也極大減輕了系統設計的壓力。


編輯:胡慧娟

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