新试验舱返回异常 但中国载人航天赶超美有一个法宝

　　李会超：新试验舱返回异常，但中国载人航天赶超美国有一个法宝

　　[文/观察者网专栏作者 李会超]

　　5月5日，本是属于美国航天的纪念日。1961年5月5日，美国宇航员艾伦·谢泼德乘坐水星号飞船，成为了进入太空的第一个美国人。当时，美国在太空竞赛中处于落后的地位，这次任务的成功也为美国之后在航天领域赶上并超过苏联奠定了基础。

　　三船三箭的时代

　　近60年后的这一天，好消息却从太平洋的另一边传来。在文昌发射场，首飞的长征5B型火箭成功将中国新一代载人飞船试验船送入太空。自此，中国载人航天进入了三船三箭的时代。

　　图源：央视新闻

　　三船，是指神舟号载人飞船、天舟号货运飞船和新一代载人飞船。

　　三箭，是指为这三种飞船提供发射服务的三种火箭。包括用于发射神舟飞船的长征2F火箭，用于发射天舟飞船的长征7号火箭及用于发射新一代载人飞船与空间站舱段的长征5B火箭。

　　从1999年神舟一号首飞，到2016年神舟十一号与天宫二号共同完成我国空间实验室阶段任务，十一艘圆满完成任务的神舟飞船使我国成为了世界上第三个拥有实施载人航天能力的国家，并让我国掌握了出舱行走、交会对接等多个载人航天领域的关键任务。

　　神舟飞船的三舱构型，与俄罗斯/苏联的联盟号飞船与诸多相似之处。虽然联盟号是目前世界上唯一可用的载人飞船，美国宇航员目前都不得不“买船票”乘坐联盟号来往国际空间站，但这种上世界六十年代设计的飞船不可避免的存在诸多局限，而这些局限也“传导”到了神舟号飞船上。为了能够让中国的航天员未来走的更远、更舒适、更安全也更经济，设计新一代飞船就成了我们必须要完成的任务。

　　四年前，我国的新一代飞船首次出现在公众视野中。2016年6月25日，首飞的长征七号火箭将“新一代多用途飞船返回舱缩比模型”送入太空并成功返回。根据目前公开的报道和文献资料，新一代飞船采用两舱构型，由轨道舱和服务舱构成。当宇航员搭乘新一代飞船前往太空时，他们工作、生活在返回舱中，而不像神舟飞船那样要在返回舱、轨道舱之间穿梭。返回舱的规模将比神舟飞船增加一倍，每次发射最多可以将6-7名宇航员送入太空中。实际上，执行每次任务时，实际搭乘飞船的宇航员不一定要达到7人。当执行载人登月等飞行时间较长的复杂任务时，宇航员的数量可以适当减少。这样，每位乘员所获得的舱内体积将会更大，飞行过程也会更舒适。

　　对于工作在与神舟飞船类似的近地轨道上的载人飞船，返回地面时速度不会超过第一宇宙速度。而新一代飞船瞄准未来的载人深空任务，需要具备以更大的第二宇宙速度再入大气层的能力。更高的再入速度意味着飞船将承受大气层更强烈的烧蚀。新一代飞船将采用PICA等低烧蚀度轻质新型放热材料，在大幅降低防热机构重量的同时增强飞船的放热能力。神舟飞船在返回大气层时，会遭遇一段时间的“黑障”现象，飞船与地面控制人员间的无线电通信会在一定时间内中断。这是因为飞船周围的空气因高温而电离，电离后的气体对无线电信号产生了屏蔽作用。通过新技术的应用，新一代飞船的通信信号将具备突破黑障的能力，飞船在返回过程中能始终与地面保持联系。

　　本次发射的新飞船总重为20吨左右。根据文献介绍，新飞船减少服务舱所携带的燃料后，还可以构成一种14吨构型。20吨构型飞船主要用于执行载人登月任务，而14吨构型飞船主要用于在更远的未来执行载人登陆火星、小行星的任务。飞的更远，飞船反倒变得更轻，是因为在执行火星、小行星任务时，飞船一般要在近地轨道与推进器、着陆器、居住舱等其他舱段构成组合体，主要的推进任务由单独的推进器完成，因此飞船本身反倒不用携带太多燃料。

　　可重复使用也是新飞船的一大亮点。研究表明，当飞船的可重用次数达到10次以上时，可将单次飞行成本降至最低。新一代飞船将通过着陆场减损设计，保证飞船返回舱在着陆过程中受到尽量小的冲击，从而使返回舱实现重复使用。

　　神舟飞船不会马上退役

　　新飞船虽好，但我国的航天员要想真正坐上这种飞船遨游天际，还需要等待一段时间。这次发射的新一代飞船是一艘试验船，这意味着高速再入返回防热、控制和群伞回收等关键技术需要在实际飞行中进行验证，飞船经过后续改进并证明具备极高的可靠性后，才能执行真正的载人任务。当神舟飞船刚刚投入使用时，同样经历了这样一个过程。神舟一号到四号均为无人试验任务，而神舟二号开始飞船才“开通”了生命保障系统，与执行载人飞行任务时基本一致。

　　但载人航天的任务进度并不会因为新飞船需要进行必要的试验而停下脚步。未来2-3年，我国的载人航天工程将进入迎来密集的发射。空间站核心舱和两个实验舱将被送入太空，组成我国的首个空间站。空间站建设和运行所需的物资将由4艘天舟飞船运送，而搭乘航天员往返空间站的任务，则仍然会由成熟的神舟飞船完成。总之，用老的、试新的，既取得现在的成绩，又为未来走的更远打好基础，未来几年我国的载人航天工程大有看头。

　　让人略感到遗憾的是，本次飞行中搭载的另一个载荷“柔性充气式货物返回舱试验舱”在试验过程中出现异常，试验未能取得成功。这种装置在进入大气层时，可以通过类似“吹气球”的充气展开方式，增加自身与大气接触的面积，从而增大航天器的阻力，实现航天器的减速。未来，它有希望替代减速伞等拖曳式的减速系统，为航天器在高超声速情况下的减速提供更好的阻力性能。这项技术目前美国、俄罗斯、日本等国都在进行研究，但尚未有完全成功的报道。就像刚刚初步编制完成，尚在测试阶段的代码难免会有这样或那样的BUG一样，作为一项走在世界前沿前瞻性先进技术，任务失败的性质和相对成熟的常规商业发射任务失败有着本质的不同。虽然本次试验未能取得成功，但也不意味着这次飞行就失去了意义。从本次飞行中收集的实测数据，将为这项技术的进一步研发提供重要的参考。

　　一张蓝图绘到底

　　本月底，大洋彼岸的美国将迎来载人航天的首次复飞。SpaceX的载人型“龙”飞船将执行第一次载人去往国际空间站的任务。任务如果成功，美国终于结束了自2011年7月航天飞机退役开始没有载人工具的局面。载人型龙飞船和波音的CST-100飞船，作为未来美国去往国际空间站的主力飞船，虽然具备可回收重用等新技术能力，但均只能执行近地轨道任务。与我国新一代飞船性能相似的NASA”猎户座”飞船，则仍处于试验阶段。

　　二十一世纪初，由于航天飞机在成本和可靠性等方面的问题越来越显著，美国也面临着载人航天工具升级换代的问题。在小布什时代，美国同样以用旧试新的办法，在继续航天飞机飞行的同时着手通过”星座计划“研制新一代火箭和载人飞船，意图让美国宇航员重返月球。小布什时代没有搞成的星座计划，奥巴马上台后随即推翻，顺手还停飞了航天飞机。虽然奥巴马雄心勃勃的将目标锁定在了火星，但重返月球这事都没办妥，去往更远火星更是困难重重。奥巴马政府的打算是，把近地轨道载人飞行这种美国在过去几十年已经玩的相当纯熟的事情交给私人航天公司去做，马斯克等私人老板成为此航天政策的拥趸者。

　　尴尬的是，虽然2010年时，NASA和相关私人航天公司信誓旦旦的保证，奥巴马在任内的2015年就能看到美国宇航员重返太空，但实际上，直到今天，美国宇航员还在乘坐俄罗斯飞船。如此严重的延误，让美国长期陷入载人工具青黄不接的局面。造成这一现象的原因，有人认为是美国政府空喊口号，实际又不舍得花钱，导致预算不足。也有人认为，私人航天公司的技术水准是导致这一现象的原因。

　　2019年底，NASA总监察办公室公布的报告又披露了波音和SpaceX“偷工减料”的行为——他们将本应该通过无人飞行测试的项目转移到载人飞行中。甚至对于宇航员生命至关重要的生命保障系统，SpaceX都要直接拿真人来做测试。压缩测试数量当然能够降低成本，但由此却带来了对宇航员生命的威胁。虽然这份报告对此提出了明确的警示，但目前SpaceX“龙“飞船的载人测试时间表却未见变化。

　　在中国载人航天计划于1992年立项时，根据我们的技术水平和国际经验，定下了先发展飞船，再发展空间实验室，最终建成大型空间站的三步走战略。在二十八年的历程中，三步走的战略被连续平稳的贯彻执行了下来，而当第三步战略已经进入执行阶段时，新飞船又开启了三步走之后的新征程。对比中美两国近10年来在载人航天领域的发展情况，我们不难看出，不折腾的一张蓝图绘到底，是我们有可能赶上并超过世界先进水平的一个法宝。