据中国载人航天工程办公室消息,8日13时49分,我国新一代载人飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆,试验取得圆满成功。
12时21分,北京航天飞行控制中心控制试验船完成返回制动,进入返回轨道。13时33分,服务舱与返回舱成功分离。13时49分,试验船返回舱安全着陆。搜救分队第一时间发现目标并到达着陆现场开展处置,经现场确认,舱体结构完好。
试验船于5月5日18时,从文昌航天发射场发射升空,在轨飞行2天19小时,完成了多项空间科学实验和技术试验,验证了新一代载人飞船高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术。
新一代载人飞船是面向我国载人月球探测、空间站运营等任务需求而论证的具有国际先进水平的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、模块化、多任务、可重复使用等特点,可提高我国载人飞船的乘员人数和货物运输能力。试验船采用返回舱与服务舱两舱构型,通过配置不同的服务舱模块来适应近地空间和月球探测任务。
“返回舱分离”、“进入大气层”……指控大厅操作人员目不转睛盯着屏幕,测控指令此起彼伏。随着三朵巨大的红白 “伞花”在酒泉东风回收着陆场上空盛放,返回舱缓缓摇曳着向地面降落。返回舱离地面越来越近,6个气囊打开,落地缓冲,平稳着陆,飞行试验任务圆满成功!返回舱平稳着陆的那一刻,北京航天飞行控制中心的大厅里,热烈的掌声顿时响彻整个大厅。
5月8日,由中国航天科技集团有限公司第五研究院抓总研制的新一代载人飞船试验船的返回舱成功降落在酒泉东风回收着陆场预定区域,这标志着试验船飞行试验任务圆满成功,也意味着中国载人航天事业开启了新的篇章。
新一代载人飞船在轨飞行模拟图
完美验证七大关键技术
新一代载人飞船是面向我国近地空间站运营、载人月球探测等任务需求而论证的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,采用“返回舱+服务舱”的两舱新构型。飞船既可以应用在近地轨道,支撑我国空间站建设,还能胜任载人登月等更遥远深空的探测重任,更具备着‘运人+运货’的强大本领,在执行近地轨道任务时可以一次运送6-7名航天员。
新一代载人飞船采用诸多新技术和新产品,尤其是在可靠性、安全性、舒适性、经济性以及智能化程度等方面有了大幅提升。
这次任务的主要目标就是验证新一代载人飞船方案的正确性。据了解,为了验证更多的技术和设备,五院研制团队为试验船安排了高密度的飞行事件。在轨飞行过程中,试验船要完成数十个关键动作,开展多项搭载试验,可以说每一分钟都安排得满满当当。
从成功发射到安全返回,试验船表现完美。对五院而言,他们最关心的、关系到任务的成败的7项关键技术一一得到验证,为下一阶段的新飞船研制指明了方向。
测试中的新一代载人飞船这7项关键技术是:
在轨飞行阶段,首次采用的国际上推力最大的单组元无毒发动机成功完成首秀。该发动机使用的HAN 推进剂具有无毒、无污染、低冰点、密度大、比冲高和使用维护成本低等优点,后续将全面替代现有推进剂,进一步提高航天员的安全性。
首次采用的国内目前空间飞行器用的最大容积表面张力贮箱表现完美。这一贮箱采用铝合金内衬+复合材料缠绕结构,装载量更多,能为试验船提供更大的轨道机动能力。在轨飞行期间,试验船轻松完成了多次变轨,进入了大椭圆轨道,为大再入角高速再入返回创造了充分条件。
更加全面的综合电子系统不负所托。任务过程中,该系统出色完成了整船总线管理、时间系统管理、数据存储、触点信号处理,以及热控管理等功能,让飞船的运行更高效。
更加智能的自主轨控技术发挥出色。在轨运行期间,姿控发动机进行姿态控制,保持了三轴对地姿态以及变轨和制动期间的姿态稳定性;轨控发动机实现多次变轨,并成功执行返回制动,精准操控着试验船完成太空飞行。
再入返回阶段,首次采用的新型防热结构与材料经受考验。整个防热结构在重量同比降低超过30%的基础上,保持了极高的防热效率。采用的新型轻质防热材料不仅承受住了再入返回过程中上千度的高温烧蚀,守护了返回舱的安全。而且防热结构首次采用可拆卸更换设计,能够有效提高可重复使用率。返回后只需进行一次“体检”,更换一套新的防热结构,返回舱就又能投入下一次任务。
首次采用的群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术护航回家路。返回舱进入大气层,到达指定高度后,2具减速伞和3 具主伞依次打开,成功将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”;落地之前,6个气囊充气打开,帮助舱体平稳“软着陆”,最大程度保证了返回舱的安全、完整回收。
量身定制的在轨数据获取系统为未来研制提供科学支撑。任务期间,该系统通过多种传感器网络,获取了船箭分离冲击载荷,以及运载发射、在轨飞行和返回着陆过程的载荷环境;通过测量返回舱大底和侧壁表面特征点的压力和温度,获取了返回舱高速再入过程的气动力和热特性参数。这些宝贵数据都将为新飞船后继型号研制优化提供重要参考。
新一代载人飞船尺寸更大、功能更多、更加智能自主,并采用可重复使用技术
中国载人飞船技术从跟跑到并跑
载人航天代表着一个国家的综合国力和科技实力,能够促进多学科、多技术领域的向前发展。根据官方公开的资料,上世纪60年代,我国就开始探索载人航天技术,“东方红一号”卫星发射成功后,代号为“714工程”的载人航天计划全面推进,该工程的“曙光一号”载人飞船研制计划也正式上马。但由于种种原因,“曙光一号”载人飞船研制最终停止。
1992年,我国载人航天工程正式启动。1999年11月20日清晨,神舟一号飞船发射,我国载人航天大幕徐徐开启。2003年10月15日,神舟五号发射升空,航天员杨利伟驾乘神舟五号在绕地球14圈、飞行21小时后启动返回程序,顺利返回,实现了中国人几千年的飞天梦。
“曙光一号”飞船外形上像一颗子弹头
从1999年至今,我国总共发射了11艘神舟飞船,包括6艘载人飞船和5艘无人飞船,并且还发射了2个空间实验室,共有11名中国航天员、14人次完成太空之旅,最长在轨时间达30天;实现多个首次——航天员首次太空出舱、首次交会对接、首次太空授课……
在5月5日晚举行的长征五号B运载火箭首次飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程办公室主任助理季启明介绍,我国空间站将于2022年前后完成建造,一共规划12次飞行任务。此次任务后,将先后发射核心舱和实验舱,进行空间站基本构型的在轨组装建造;期间,规划发射4艘神舟载人飞船和4艘天舟货运飞船,进行航天员乘组轮换和货物补给。
面向中国载人航天向更遥远的深空挺进的任务需求,2015年,五院论证提出研制新飞船试验船开展高速再入飞行试验的方案。从2017年1月到2019年12月,短短三年间,五院便完成了方案设计、产品研制、整船总装、综合测试、大型试验,突破了大量关键技术,从无到有打造出了这艘承载新希望、开拓新“天路”的新飞船试验船。
神舟七号航天员首次太空出舱
经过任务验证,新一代载人飞船试验船的主要技术指标已经达到国际先进水平。澎湃新闻从五院了解到,与国际先进的天地往返航天器相比,我国新一代载人飞船的能力毫不逊色,都具备适应多任务需求能力、更大的轨道机动能力、兼顾陆上和水上着陆能力等。
新飞船更加智能,飞船的GNC系统可以独立控制飞船飞行,进一步提高了自主运行能力,提高了在轨生存能力和应用潜力,同时降低了维护运营成本,对我国后续深空探测和载人航天型号的发展具有十分重大的意义。新飞船还能自己给自己“看病”。在飞行过程中它实时关注着自己的健康,一旦出现问题,通过系统智能的算法自己给自己“诊病”,找到病灶并临时或长久剔除病灶。
新飞船性价比更高。新飞船可重复使用,使用成本大大降低。为了降低进入太空的成本,新一代载人飞船的返回舱被航天工程师设计成可重复使用,如星敏感器、计算机等一些高价值的设备,经过优化设计由服务舱调整至返回舱安装,这样就可以随返回舱返回后进行回收利用。在返回舱外包覆我国自主研制的新型轻质防热结构,执行完任务后只需更换轻质防热结构,经过规范严格的检测,就可以再次执行载人航天飞行任务。为了实现多功能使用,新飞船采用“搭积木”式的模块化设计。不同的任务需求,通过相同的返回舱和不同的服务舱的配置就可以完成。
试验船飞行任务的圆满成功,标志着我国新一代载人飞船已具备雏形。据了解,后续五院将结合任务需求,开展新一代载人飞船总体方案深化论证,尽快完善和研制具备高承载人数和货运运输能力、适应近地空间站和载人深空探测任务的新一代载人飞船,使我国载人天地往返运输技术全面实现由跟跑到并跑的跨越,让中国人探索太空的脚步迈得更稳更远,为早日实现建设航天强国的伟大梦想贡献更大力量。
一文读懂:我们的新飞船有多棒!
据中国载人航天工程办公室消息,2020年5月8日,我国新一代载人飞船试验船返回舱(以下简称“试验船”)在东风着陆场预定区域成功着陆,试验取得圆满成功。这次成功发射的试验船是新一代载人飞船的“试验款”,主要是对高速再入返回防热、控制和回收着陆等关键技术进行飞行验证。从这次成功返回地面的“试验船”身上可以管窥到面向未来我国载人月球探测、空间站运营等重大任务需求的新一代载人飞船的强大性能。
新一代载人飞船试验船在轨飞行模拟图
“新飞船”颜值爆表
新一代载人飞船试验船于5月5日搭载长征五号B火箭从文昌航天发射场发射升空,在轨飞行2天19小时,完成多项空间科学实验和技术试验,验证了新一代载人飞船高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术。新飞船的高“颜值”首先体现在它和“大哥”神舟不同的构型上。环球时报-环球网记者从航天科技集团第五研究院(以下简称“五院”)了解到,新飞船有着流畅的倒锥型钝头体气动外形和巨大体型。相比神舟飞船的钟型,倒锥型升阻比更大,能在以第二宇宙速度高速返回时依靠空气阻力减速,更加平稳、精准地落地。新飞船个头很大,身高近9米,最胖的“腰围”约4.5米,体重超过20吨。跟神舟三舱结构不同,新飞船由返回舱+服务舱两舱构成:返回舱是整船的指令中心,也是航天员生活居住的地方;服务舱提供动力和能源。
返回舱是航天员在太空工作、生活的“家”,为了让航天员在太空工作得顺心、住得舒心,技术人员充分利用新一代载人飞船舱内空间大的优势,在舱内装饰、设备布局、人机交互界面、整船载人环境设计等方面下足功夫。据五院专家介绍,返回舱内设置了工作区、娱乐区、餐饮区以及独立卫生区。为了让航天员“枯燥”的太空旅行变得丰富多彩,新飞船专门配置了生活娱乐大屏,并为航天员配置了穿戴式显示仪表,让航天员时刻了解飞船健康状况。新一代飞船返回舱穿了两件“衣服”,里面相当于“墙壁”的一层用新型金属材料做成,围出航天员的“驾驶室”,容积大、密封性好、舱内视野遮挡少。“外衣”是耐烧蚀的新型轻质防热材料打造而成,在重量比神舟飞船降低超过30%的基础上,防热效率比神舟飞船更高,不仅守护了返回舱的安全,而且首次采用的可拆卸更换设计,将有效提高可重复使用率。新飞船头上的“帽子”可保护脆弱而金贵的对接器,和其他飞行器对接时,可以把“帽子”摘下来露出里面的对接机构,等返回地球时再把“帽子”戴上,保护里面的设备再入大气时不被烧坏。
新一代载人飞船试验船总装现场
“新飞船”一专多能
“新一代载人飞船可以一船多用,既可以应用在近地轨道,支撑我国空间站建设,还能胜任载人登月等更遥远深空的探测重任,更具备着‘运人+运货’的强大本领,这将有力拓展我国载人航天器的应用范围和能力结构。”五院技术专家告诉记者,新一代载人飞船堪称“太空巴士”,未来在执行近地轨道任务时可以一次运送6-7名航天员,是神舟飞船承载能力的一倍。新一代载人飞船还可以根据任务需求,从“太空巴士”变为“太空货车”,给空间站运送大量的补给物资,或把航天工程师在空间站所做的一些试验样品带回地球。
据五院技术专家介绍,为了让新一代载人飞船身兼多能,研制单位提出基于模块化设计的新一代载人飞船总体设计方案,在梳理后续任务的基础上,将飞行功能需求“合并同类项”,构建了“返回舱+服务舱”的两舱新构型,将因任务不同而性能指标各异的电源、推进、燃料资源等分系统集成到服务舱内,这样就可以实现统一的返回舱、配置不同的服务舱模块来满足近地空间站运营、后续载人航天工程等多任务需求的目标,不仅可以大大缩短研制周期,还可以采取批量化研制模式来降低研制成本,这在未来人类探索宇宙活动越来越频繁时将展现出显著优势。
“新飞船”靠谱又“会过”
试验船的返回舱成功降落在酒泉东风着陆场预定区域,成功验证了多项关键技术,其中大都与新飞船安全可靠性息息相关。据专家介绍,载人航天人命关天,研制团队通过多项“黑科技”来保证飞船的可靠性:通过高性能计算机和敏感器的“组合拳”,使新飞船具备自主应急入轨、自主轨道抬升、自主升力控制等功能,可以快速、从容应对各类突发事件;采用两具减速伞和3具主伞组成“群伞减速”回收方案,并在备份上进行了科学设计,即使一具减速伞或主伞失效仍能保证舱体减速着陆。
据环球时报-环球网记者了解,为了验证更多的技术和设备,研制团队为试验船安排了高密度的飞行事件。在轨飞行过程中,试验船要完成数十个关键动作,开展多项搭载试验,验证多个关键技术:在轨飞行阶段,首次采用的国际上推力最大的单组元无毒发动机成功完成首秀。该发动机使用的推进剂后续将全面替代现有推进剂,进一步提高航天员的安全性。更加智能的自主轨道控制技术发挥出色。在轨运行期间,姿控发动机进行姿态控制,保持了三轴对地姿态以及变轨和制动期间的姿态稳定性;轨控发动机实现多次变轨,并成功执行返回制动,精准操控着试验船完成太空飞行。再入返回阶段,首次采用的新型防热结构与材料经受考验。整个防热结构在重量同比降低超过30%的基础上,保持极高防热效率。采用的新型轻质防热材料承受住了再入返回过程中上千度的高温烧蚀,守护了返回舱的安全。本次任务中首次采用群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术护航返回舱回家路。返回舱进入大气层,到达指定高度后,两具减速伞和3具主伞依次打开,成功将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”;落地之前,6个气囊充气打开,帮助舱体平稳“软着陆”,最大程度保证返回舱安全、完整回收。
之所以说新飞船“会过”,首先是因为新飞船采用“搭积木”式的模块化设计。通过相同的返回舱和不同的服务舱的配置就可以满足不同任务需求。其次,新一代载人飞船的返回舱采用可重复使用设计,如星敏感器、计算机等一些高价值设备,经过优化设计由服务舱调整至返回舱安装,这样就可以随返回舱返回后进行回收利用。而且返回舱外包覆的防热结构首次采用可拆卸更换设计,能够有效提高可重复使用率。返回后只需进行一次“体检”,更换一套新的防热结构,返回舱就又能投入下一次任务。
新一代载人飞船试验船产品吊装现场
“新飞船”意义不凡
提起中国载人飞船,大家最熟悉的是神舟飞船。自1992年立项研制以来,神舟飞船先后将11名航天员顺利送入太空并安全返回。既然有了成熟的神舟飞船,研制新飞船是出于什么样的考量呢?当中国将目光投向月球和更遥远的深空后,神舟飞船和天舟货运飞船这两款航天器,已不能完全满足需求了。相比神舟飞船,新飞船可以飞得更远,不仅可送航天员往返离地球近400公里的中国载人空间站,还能完成38万公里外的载人登月甚至去更远的星球探险;相比天舟货运飞船,新飞船未来可以从近地空间站下行运输货物,有着二者兼具的“载人+载物”的强大本领。但它们并不是替代关系,而是互相补充,如果“大哥”神舟飞船解决的是航天员顺利进入太空并安全返回地面的难题,那么新飞船解决的是如何更安全、更舒适、更智能、更经济地进入太空,开展更远深空探测的难题。
那从这次在轨验证的“试验船”到未来的新一代载人飞船之间还有多远呢?其实,早在2016年,“多用途飞船缩比返回舱”已经利用长征七号首飞成功验证返回舱的气动外形等关键技术。这次试验船更进一步,对高速再入返回防热、控制和群伞回收等更多关键技术进行飞行验证。环球时报-环球网记者从五院了解到,此次任务研制团队还为试验船量身定制在轨数据获取系统,再入返回过程中,该系统通过测量返回舱大底和侧壁表面特征点的压力和温度,获取返回舱高速再入过程的气动力和热特性参数;通过多种传感器网络,获取船箭分离冲击载荷以及运载发射、在轨飞行和返回着陆过程的载荷环境。而这些宝贵数据将为后继型号研制优化提供重要参考。所以未来新一代载人飞船会比现在的试验船更完美。
据五院专家介绍,经过任务验证,新一代载人飞船试验船的主要技术指标已达到国际先进水平。与国际先进天地往返航天器相比,我国新一代载人飞船的能力毫不逊色,具备适应多任务需求能力、更大的轨道机动能力、兼顾陆上和水上着陆能力等。试验船飞行任务的圆满成功,标志着我国新一代载人飞船已具备雏形。后续研制单位将结合任务需求,开展新一代载人飞船总体方案深化论证,尽快完善和研制具备高承载人数和货运运输能力、适应近地空间站和载人深空探测任务的新一代载人飞船,使我国载人天地往返运输技术全面实现由跟跑到并跑的跨越。
试验船上太空带了啥? ——深度解读新一代载人飞船试验船搭载项目
据中国载人航天工程办公室微信公众号“中国载人航天”消息,2020年5月8日13时49分,我国新一代载人飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆,试验取得圆满成功。
试验船于5月5日18时从文昌航天发射场发射升空,在轨飞行2天19小时,验证了新一代载人飞船高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术。同时,为充分发挥任务效益,试验船还搭载了不少“乘客”,开展了新技术、新产品在轨验证。
试验船上太空带了啥?一起来看看!
试验船舱内情况
1
空间液体润滑材料摩擦学行为研究实验
有运动必有磨损,比如大家常见的机械运动机构,其构件由于相对运动必然发生摩擦并产生磨损,形成称为磨屑的摩擦产物,常堆积于运动部位附近并可能对周边表面有所污染,在卫星、飞船及空间站中这一现象同样也不能避免。因此基于降低运动零件的磨损,延长运动零件的使用寿命的目的,通常需要对运动零件摩擦表面加注润滑油、润滑脂或固体润滑进行润滑。
试验船上搭载了一个“材料摩擦行为实验装置”,以我国空间站运动机构所使用的液体和固液复合润滑材料为研究对象,在轨验证了在微重力环境下对不同表面形貌和不同功能化表面的润湿行为,以及在摩擦化学作用下形成摩擦产物的爬行、迁移规律,为高可靠、长寿命空间润滑系统研制提供理论指导,也可为空间站长期在轨运行故障分析和诊断提供基础数据。
2
宽 量程多精度空间微重力加速度测量技术试验
载人航天器在轨飞行时,会受到地球引力之外多种作用力的干扰,如大气阻力、太阳辐射光压、重力梯度效应、轨道机动、姿态控制、设备运转和乘员活动等,从而达不到完全“失重”状态,而是一种“微重力”环境。“微重力”是对“失重”的偏离,其大小可以通过航天器所受干扰力的加速度值来度量。为了掌握并消除各种干扰对航天器内科学实验载荷影响,为科学实验提供所需高微重力水平实验环境,就需要准确测量科学实验载荷微重力水平。
本次任务在微重力环境下开展宽量程、宽频段和多分辨率三种不同类型的加速度测量技术试验,验证空间站高微重力实验柜悬浮实验系统和流体物理实验柜主动隔振系统中关键的加速度测量模块功能性能,确保正式产品满足任务要求,同时也为未来空间高精度微重力测量提供技术储备。
3
时间触发控制电子系统试验
采用新一代综合电子信息体系结构设计,通过飞行试验,验证了系统在空间环境下的适应性,以及全局时序分配、分时分区数据流调度、大容量数据高安全高可靠传输等,为新一代载人飞船等新型航天器电气系统研制提供技术和数据积累。
4
泄漏碰撞检测系统试验
通过对新一代载人飞船试验船舱壁结构内声信号本底进行采集,以及对模拟碰撞及泄漏声发射信号检测,验证载人航天器在轨泄漏及碰撞定位算法,以及声传感器和泄漏碰撞检测仪在轨工作性能,为后续载人航天器在轨泄漏及碰撞定位提供技术储备。
5
光纤光栅传感系统试验
通过布设在新一代载人飞船试验船内的温度、应变两种光纤光栅传感器,获取真实飞行环境下试验船的温度、应变等状态,验证光纤光栅传感器应用于航天器状态监测的可行性,为飞船结构优化设计提供基础数据。
6
金属/陶瓷材料在轨高精度成型实验
在人类探索太空过程中,设备和材料的“补给线问题”,一直阻碍着人们飞向更远空间。随着太空3D打印技术快速发展,实现航天器零部件的“自给自足”正在成为可能。
为进一步提升制造精度、扩大可用于太空制造的材料谱系,本次实验针对太空失重环境配制亚微米级精细软物质材料(金属陶瓷材料),通过调整其流变性能,在轨完成对材料形态的精确控制,实现首次空间高精度(表面粗糙度0.2um)立体光刻增材制造技术验证,为我国立体光刻增材制造的应用与发展提供技术储备。
7
基于金属3D打印技术的立方星部署器
试验船搭载一个立方星部署器。立方星部署器采用国际最先进的金属3D打印技术、最新的3D打印设计优化算法与材料,大幅降低了设计重量,提高了结构强度;本次飞行验证了立方星3D打印新型部署器的结构强度、材料性能和空间环境适应性,为“3D打印+航天”的大规模应用和未来空间站在轨释放、机动部署微纳卫星提供了数据,储备了技术。
8
微生物采油菌种搭载实验
试验船搭载了华东理工大学的微生物采油菌种。微生物采油是利用微生物自身有益活动或代谢生物表面活性剂等产物提高原油采收率、延长油田开发寿命的新技术,目前为国际上油田开发领域研究热点。 实验利用太空极端环境对原始野生菌株进行诱变,有望获得特异性强、性能更加突出、有工业应用价值的突变菌株。
除此以外,试验船内还有不少其他“乘客”——
自神舟一号飞行任务开始,中国载人航天工程办公室在每次飞行试验任务中,都安排了实验类搭载项目,先后搭载过特色花卉、野生菌、中药材、经济作物等近百个品种的籽种、枝条、菌种,促进太空生物科技产业发展。
太空育种基地
神舟十号搭载培育的龙胆草
此次任务试验船在轨飞行约67个小时,轨道高度约300~8000公里。在轨飞行期间,试验船穿越的范艾伦辐射带,接受的空间总辐射剂量和微重力环境均与以往神舟飞船、天宫实验室所经历的空间环境不同,为开展空间辐射生物学研究、空间诱变和航天育种研究与实验提供了前所未有的宝贵机会。因此,试验船中还安排了航天育种、空间生物等相关实验类项目75个。既有来自云南省、宁夏回族自治区等与中国载人航天工程办公室具有战略合作关系的地方政府项目,也有由中国航天育种产业创新联盟推荐的特色项目。涵盖农作物、林草花卉、中草药种子和生物菌种实验装置,还有对基础研究具有重要科学价值的模式植物和模式动物实验样本,搭载样本总数达988件(份)。
试验船中搭载的部分种子