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《焦点访谈》深度聚焦新一代载人飞船试验船

时间:2020年05月09日 信息来源:本站原创 点击:356 字体:

在我国新一代载人飞船试验船飞行试验任务圆满成功之际,央视《焦点访谈》栏目深入采访航天科技集团五院的多名专家,详细解读新飞船试验船的关键技术和重大意义。相关报道在5月8日晚的《焦点访谈》重磅推出,全方位展示了航天人坚持自主创新、追求卓越的良好风貌。

 

两舱设计

2020年5月8日,新一代载人飞船试验船返回舱降落在东风回收着陆场预定区域。航天科技集团五院新一代载人飞船试验船技术负责人杨雷表示,它为未来新飞船打下了一个坚实、良好的基础。因为这次飞船试验飞行,实际上我们安装了大量的传感器,拿到这个数据之后,我们要测试、分析数据,再总结我们这些技术的优点和缺点,然后进一步改进之后,可以确定新飞船最终状态了。

 

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新一代载人飞船的目标是成为同时满足我国近地空间站运营、载人月球探测等任务的新一代天地往返运输飞行器。在三天的飞行试验中,新一代载人飞船试验船的主要任务就是验证方案的正确性,验证关键技术。新一代载人飞船试验船的舱段组成方案根据任务需要进行了调整。以前神舟飞船是三舱方案,由提供动力的推进舱、航天员往返太空时乘坐的返回舱和飞船进入轨道后航天员工作、生活的轨道舱组成。而新一代载人飞船试验船是两舱方案,由返回舱和服务舱两部分组成,为什么会有这样的改变呢?

 

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中国载人航天工程副总设计师、航天科技集团五院新一代载人飞船试验船项目负责人张柏楠表示,以前货运飞船叫单程的货车,只能往上送(货)像以前(神舟飞船)三舱构型,只有返回舱能回来,轨道舱回不来,推进舱回不来,就白白损失了两个舱。而且返回舱小,其实好多仪器设备是没法装进去的。我们这次(新飞船试验船上)系统(设备)很多都是装在返回舱里,跟以前不太一样的是以前是分散的,轨道舱有,推进舱也有。

 

两舱的设计让返回舱、密封舱空间比神舟飞船大了1倍,返回舱大了,意味着飞船可以有更多功能上的可能性,可以搭载更多的航天员、也能运输更多的货物,新一代载人飞船在执行近地轨道任务时可以一次运送6到7名航天员,超过神舟飞船承载能力的一倍。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,并把宝贵的试验样品带回地面进一步研究。

 

杨雷表示,打个比方,就像汽车,比如原先的神舟飞船,它的返回舱相当于我们的A级车,尺寸比较小,座位一旦确定了以后,它改变的余地就比较小了。但是我们现在尺寸变大了以后,可能相当于一个C级车了,我可以做成五座,也可以做成七座。五座的时候就可以装的东西多,七座的时候就可以载人多。

重复使用

 

让返回舱实现载人、运货等多种功能,目的就是在提高可靠性的前提下,节约成本,关键是飞船返回舱的可重复使用。

 

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航天科技集团五院新一代载人飞船试验船结构设计师黄文宣表示,以往成功飞行的神舟系列飞船,它都是只能使用一次的,当飞船返回以后,我们仅能用它来进行展览和相关的科学技术研究,它极大限制了我们国家大规模开发探索太空的效益。

 

为了兼顾返回舱可重复使用及新飞船未来载人登月的需要,防热结构在具备可拆卸功能的同时,更需要提升其防热能力。飞船在返回时,会与大气层剧烈摩擦,产生超高的热量,速度越快,产生的热量越大。神舟飞船从近地轨道返回时以第一宇宙速度,也就是每秒7.9 公里再入,而新一代载人飞船如果从月球或更远的深空返回时,再入速度将达到第二宇宙速度,也就是每秒11-12公里,将面临比神舟飞船更高的热流,返回舱表面温度将接近3000摄氏度,其承受高温的时间也更长。黄文宣解释道,在如此高的温度下普通的材料是无法承受的,比如说铁(合金)在1300多摄氏度的情况下,就会被熔化。

 

要抵挡住这样的高温,让返回舱安然无恙回来,还能再次使用,这就需要性能超强的防热材料。按照设计,防热结构就相当于是返回舱的“外衣”,它们在高温下分解、熔化、升华带走大量热量,阻止热量传递到飞船内部。如此高的温度下,选取合适的防热材料,保护仪器设备正常工作以及航天员的安全就显得十分重要。

 

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航天科技集团五院新一代载人飞船试验船防热结构主管工艺师张鹏飞表示,我们前期做的时候做了好多材料体系,密度很轻的,比如说只有水的密度三十分之一的材料,它的性能非常好,但是它的强度太弱了,它不能抵御(压力),风一吹它就跑了。我们也做过强度很高的,就是密度也很高的,但是它隔热性能不行。要解决这个(耐高温、强度高、密度低)矛盾的过程是比较痛苦的。

 

经过艰难的攻关,科研团队终于找到了合适的材料。张鹏飞表示这是我们舱上的一块(备份件),它承受的温度比较高,所以它的厚度比较厚,有的(位置)承受温度比较低,所以它可以做得比较薄,这块我们在这个过程做了很多试验,保证它不会破坏。

 

5月8日,返回舱抵达时,科研人员经过测算,新型防热材料的防热水平达到设计要求,防热效率比神舟飞船更高。而在这个返回舱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了。这标志着我国也掌握了相应的可重复使用技术,让未来天地往返运输的成本降低。

 

黄文宣表示,其实这个防热结构就可以形象比喻为一个外套,我们下一次再出门的时候,我们“里衣”是可以不用更换的,我们只需要换一件“外套”,就可以出门了,它也是一个崭新的飞船。

安全着陆


据了解,这一次试验船的返回舱比神舟飞船返回舱重一倍以上,这就需要降落伞有更大的减速面积,确保它能够安全着陆。这也是飞船回收着陆系统的主要任务。

 

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航天科技集团五院508所回收着陆技术专家贾贺表示,神舟飞船的降落伞目前单伞是世界上最大的,能达到1200平米的伞,如果我们在这个基础上再增加的话首先制造的场地和设备周期包括验证技术的难度都非常大,并且它的可靠性也会降低。

 

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经过评估,科研人员选择用三个降落伞组成的群伞来解决这个难题。然而,群伞的难度也更大了。航天科技集团五院508所回收着陆领域总工程师黄伟表示,最主要技术难点就是它互相干扰的问题,尤其对飞船返回舱,因为它是属于高速开伞,安装的体积很局限。

 

单伞无法做得更大,群伞如何避免干扰,这是一个巨大的难题。为了达到最优效果,科研人员做了大量试验和仿真工作。在这次,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”。为了实现重复使用,着陆方式也有新的突破,采用无损着陆,将以往使用的缓冲发动机换成了着陆气囊。

 

黄伟表示,新一代飞船,它以后有可能作为陆上着陆,也有可能海上着陆,不同的地形用缓冲气囊的话,适应能力更强一些,比如落水的话,缓冲气囊本身还起到漂浮的作用。

 

大型群伞技术和大载重气囊缓冲系统填补了这一领域的国内空白。

自主变轨

 

在本次试验中,试验船还进行了7次变轨,从距离地面几百公里的小椭圆轨道,一路提升到距离地面几千公里的大椭圆轨道。值得一提的是,此次试验船飞行中的所有变轨,都是由飞船自主完成的。所以这次它更聪明了,就是我去哪,我在哪,这些它都知道。

 

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航天科技集团五院502所科技委主任解永春表示,它完全自己都是知道的,而且还知道现在是什么样的一个姿态,朝向是什么样的。

 

本次新飞船的试验船较之神舟系列飞船,技术水平和运输能力有了很大提升,但所用时间其实并不长,从2017 年到 2019 年,在短短 3 年时间就完成了新飞船试验船的研制工作。

 

张柏楠表示,研制神舟飞船的时候,咱们国家的技术基础相对比较薄弱,那时候我们总共十多项技术攻关,基本上得从零开始。那时候挺难的,什么事都得自己(从头)弄。现在是全自主,而且材料性能比以前好得多而且基本上提出你想要什么样的材料很快就能提供给你材料,感觉上好像攻关似乎不像上次那么难。整体水平提高了包括工业基础。它主要得益于这么多年咱们国家,创新的成果和强大的工业基础使我们能实现这个目标。

 

试验船的任务是对未来我国新一代载人飞船的多项关键技术进行验证,后续科研人员将对数据结果进行整理、分析。此次任务按照规划测试了部分系统、部分项目,而在未来还将对其它系统和项目继续进行测试、验证,在此基础上不断进行优化、完善,直到新一代载人飞船正式生产。



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