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隨著天和號空間站核心艙運抵文昌航天發(fā)射場,標志著我國載人航天工程即將正式進入三步走規(guī)劃的最后一步:在軌組裝天宮空間站。 與天和號一同運抵發(fā)射場的還有我國新一代載人飛船,而它又將開啟中國航天另一段逆襲之路。
國產(chǎn)新一代載人飛船
神舟載人飛船時代我國是全球唯二擁有載人天地往返能力的國家,美國自2011年航天飛機退役后缺席,此后世界三大航天強國紛紛開展新一代載人飛船研制工作。
神舟載人飛船
美國為恢復載人航天能力,發(fā)起商業(yè)載人航天計劃,波音公司、SpaceX公司相繼展開CST-100載人飛船與載人龍飛船研制工作,與此同時洛克希德馬丁公司也有獵戶座載人登月飛船項目。
俄羅斯則在聯(lián)盟飛船技術基礎上研發(fā)聯(lián)邦號新一代載人飛船,可以說美俄啟動新飛船研制時間比我們要早得多, 然而他們是起了個大早趕了個晚集,如今中國的新一代載人飛船卻要率先實施首飛任務。
新一代載人飛船緩沖氣囊測試
有人說,你這不是睜眼說瞎話嗎?載人龍飛船與CST-100飛船去年相繼實施了第一次無人在軌飛行測試, 為什么說中國新一代載人飛船是率先實施首飛任務?這是因為載人龍飛船與CST-100飛船僅僅是執(zhí)行近地軌道任務的天地往返工具,而能真正擺在臺面上進行PK的是深空軌道任務型載人飛船,在這一領域中國新一代載人飛船實現(xiàn)了后來居上。
國產(chǎn)新飛船的后來居上體現(xiàn)在兩大方面, 首先是發(fā)射時間的超越領先,國產(chǎn)新一代載人飛船今年上半年將使用長征五號B型運載火箭發(fā)射升空,時至今日俄羅斯新一代載人飛船聯(lián)邦號還在不斷摸索,美國同類型獵戶座載人飛船僅在2014年進行過返回艙軌道測試,真正的完全體首飛至少還要等到2021年。
俄羅斯聯(lián)邦號載人飛船模型
另一大超越體現(xiàn)在發(fā)展模式上,美國NASA為了兼顧近地軌道任務,額外發(fā)起了SpaceX公司載人龍飛船與波音公司的CST-100飛船項目,加上獵戶座登月載人飛船總計有三款飛船,重復建設浪費極大,而且進度也難以有效保障。
我國新一代載人飛船基于模塊化理念設計了兩種噸位量級的飛船構型,分別是14噸級與20噸級,飛船返回艙都可以適應第二宇宙速度再入大氣層,前者用于近地軌道天地往返任務,后者可以執(zhí)行載人登月、載人登火星、載人登小行星等深空載人任務。
新飛船首飛使用長征五號B型火箭
更讓人意外的是 新飛船第一次亮相就是載人登月完全體形態(tài),飛船全長8.8米,發(fā)射質量21.6噸,不同于神舟飛船推進艙、返回艙、軌道艙的三艙結構,新飛船選擇結構更為精煉的兩艙構型,由推進艙與返回艙組成,雖然艙室數(shù)量減少,但總噸位卻是神舟飛船的將近3倍,載員數(shù)量也由3人升級為6人。
登月完全體形態(tài)一經(jīng)突破,那么近地軌道版就要容易得多,只需更換體積重量更小的服務艙即可,根本目的是為了降低研發(fā)成本,一船多用。
新飛船運載能力是神舟飛船的兩倍
國產(chǎn)新一代載人飛船與神舟載人飛船相比,除了載員數(shù)量翻番之外還有著可重復使用功能特性,神舟載人飛船返回艙艙體防熱層與金屬結構是一體成型,經(jīng)過再入大氣層燒蝕后無法重復使用。新一代載人飛船則采用可拆卸防熱瓦,經(jīng)過再入大氣層燒蝕后可直接拆卸更換,進而實現(xiàn)重復使用, 新一代載人飛船重復使用次數(shù)可達10次,將大幅度降低天地往返運營成本。
2020年被稱為中國航天的超級年是實至名歸的,今年僅航天科技集團一家就要實施40次以上的航天發(fā)射任務,新一代載人飛船首飛、一步實現(xiàn)繞落巡火星探測器發(fā)射、嫦娥五號月球采樣飛船、長征八號火箭首飛等等一大批重量級任務都要在今年一年之內(nèi)實施, 我們幾乎是以一國之力PK整個世界航天。
長征7號火箭曾發(fā)射新飛船縮比返回艙
然而即便是國力鼎盛的當下,中國航天 物盡其用原則始終如一,長征五號B型運載火箭首飛載荷就是新一代載人飛船,在發(fā)射前天和號核心艙還將與這枚火箭進行為期3個月的發(fā)射合練, 一次任務帶動三大重點型號。
更讓人意外的是滿載10噸燃料的新一代載人飛船進入近地軌道后還將啟動推進艙繼續(xù) 爬升至8000公里軌道高度,這是繼阿波羅載人登月任務之后人類又一款載人級航天器飛抵此類高軌軌道,旨在驗證新飛船從高軌軌道返回地球再入大氣層的抗燒蝕能力。
新一代載人飛船推進服務艙
新一代載人飛船讓中國航天人只做不說的秉性再一次發(fā)揚光大,發(fā)射前僅有極少信息披露,然而 一經(jīng)亮相就再也掩飾不住新飛船胸懷星辰大海的雄心壯志,因為它即將讓中國載人登月夢想照進現(xiàn)實。
可以說自載人航天工程立項以來關于中國人足跡何時可以踏上月球的討論就已經(jīng)開始,而這十幾年大討論也只是專家學者的學術性討論,從來沒有進入過工程實施階段,但是現(xiàn)在局面已經(jīng)完全不同。
新飛船研制單位公布的載人登月效果畫面
去年年初,嫦娥探月工程總師吳偉仁正式宣布,未來十年左右,月球南極將出現(xiàn)中國主導、多國參與的月球科研站,月球上將留下中國人的足跡,我國將邁入世界航天強國前列。
除了宣示工程目標,還有一系列看得見摸得著的工程項目,例如,即將發(fā)射的登月級載人飛船就是實錘案例之一。首次發(fā)射使用的長征五號B火箭只是測試過渡火箭,與之配套的還有得到載人航天辦公室大力支持的921新一代載人重型火箭,該型火箭可以將25噸有效載荷送入地月轉移軌道,而這一運力與新一代載人飛船21.6噸重量完美契合。
921載人登月重型火箭
屆時我們將采取兩發(fā)921火箭月球軌道集合方案實施載人登月任務,一發(fā)火箭攜帶載人飛船,另一發(fā)火箭攜帶登月器,二者將在月球軌道進行交會對接,爾后航天員進入登月器實施落月任務,美國NASA正在實施的阿爾忒彌斯載人登月計劃與我們的方案也是如出一轍。
YF-100K泵后擺液氧煤油發(fā)動機
目前服務921載人登月火箭研制的YF-100K泵后擺液氧煤油發(fā)動機已經(jīng)進行過多次長程熱試車測試,成熟度日益提升,配套的共底燃料貯箱、錐形后底煤油貯箱、火箭箭體后過渡段、發(fā)動機安裝梁、發(fā)動機機架等關鍵裝備相繼研發(fā)成功,該型火箭完全有望于5年內(nèi)完成首飛任務,進而直接服務載人登月工程。
從神舟飛船的全球唯二到現(xiàn)如今新一代載人飛船一枝獨秀,中國航天實現(xiàn)了從跟跑到并跑再到領跑的歷史性跨越?;厥走^往歷史在航天領域我們往往只是看客,如今我們已經(jīng)成為無可爭議的主角, 世界領跑在接下來的歲月里將成為中國的一種新常態(tài)!


