5月5日18時(shí)，中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭點(diǎn)火升空，將#新一代載人飛船#試驗(yàn)船等載荷的組合體送入預(yù)定軌道，實(shí)現(xiàn)空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷，拉開(kāi)我國(guó)載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕。

來(lái)源：江程杰

長(zhǎng)征五號(hào)B型火箭首次（遙一）發(fā)射，中國(guó)新型載人飛船首次正式發(fā)射演練，中國(guó)載人航天工程實(shí)現(xiàn)了有著舉足輕重意義的“一箭雙雕”！

Part.1

為什么需要新火箭、新飛船？

1992年9月21日，中國(guó)啟動(dòng)了中國(guó)載人航天工程，即著名的“921工程”。按照計(jì)劃，該工程可分為“突破天地往返”、“突破交會(huì)對(duì)接，出艙行走和在軌短期駐留”和“運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期在軌駐留的大型空間站”三個(gè)階段。

經(jīng)過(guò)了近30年發(fā)展，整個(gè)工程已經(jīng)歷了兩型火箭（長(zhǎng)征2F和長(zhǎng)征7號(hào)）、11艘神舟載人飛船、1艘天舟貨運(yùn)飛船、兩批航天員和兩個(gè)天宮目標(biāo)飛行器/空間實(shí)驗(yàn)室的巨大成功。中國(guó)以極低的成本、最高效率地利用有限任務(wù)次數(shù)，完成了天宮空間站建站的全部準(zhǔn)備，可謂是人類航天史上的奇跡。

楊利偉成為中國(guó)航天劃時(shí)代發(fā)展的見(jiàn)證者

（圖源：中國(guó)載人航天辦公室）

30年來(lái)，整個(gè)工程一直在穩(wěn)穩(wěn)地按照計(jì)劃進(jìn)行，下一步就是發(fā)射長(zhǎng)期在軌駐留的天宮空間站，中國(guó)載人航天技術(shù)也將達(dá)到新高度。 但隨著技術(shù)發(fā)展進(jìn)入深水區(qū)，中國(guó)載人航天也面臨著一系列挑戰(zhàn)，如果總結(jié)為一句話，就是“現(xiàn)有技術(shù)不夠用了，已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)天宮空間站的建設(shè)”。

例如，中國(guó)載人航天“神箭”長(zhǎng)征2F發(fā)射了11艘神舟飛船和2艘實(shí)驗(yàn)性質(zhì)小型空間站，可它的整流罩直徑僅為3.8米、最大近地軌道運(yùn)力8.6噸，神舟飛船只能搭乘3名航天員進(jìn)入太空，且各項(xiàng)能力有限，已經(jīng)慢慢無(wú)法滿足中國(guó)航天人“星辰大?！钡南乱徊綁?mèng)想。

此刻，我們亟需新火箭和新飛船。

Part.2

新長(zhǎng)征五號(hào)B型火箭“新”在哪里？

運(yùn)載火箭是航天事業(yè)的基石，決定了一國(guó)航天發(fā)展的能力上限。

進(jìn)入新世紀(jì)以后，中國(guó)陸續(xù)服役了長(zhǎng)征十一號(hào)、長(zhǎng)征六號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)和長(zhǎng)征五號(hào)等系列火箭，尤其是長(zhǎng)征五號(hào)成為大型任務(wù)的必備選項(xiàng)。它將長(zhǎng)征火箭家族近地軌道運(yùn)力上限從8.6噸提到25噸，能將東方紅五號(hào)平臺(tái)這類8-9噸級(jí)載荷發(fā)射到高軌，能執(zhí)行更大型的嫦娥五號(hào)登月采樣返回任務(wù)，能執(zhí)行大型火星探測(cè)和深空探測(cè)任務(wù)等。

總體上，長(zhǎng)征五號(hào)是一個(gè)通用化、系列化、組合化的大型運(yùn)載火箭平臺(tái)。對(duì)于中國(guó)航天要攬的“瓷器活”而言，它就是“金剛鉆”。對(duì)于載人航天領(lǐng)域而言，下一步的天宮空間站核心艙重量達(dá)到了20噸級(jí)別，這時(shí)就必須依賴長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭。

而本次發(fā)射的長(zhǎng)征五號(hào)B型火箭，則是根據(jù)具體需求，在基本型的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái)的新型號(hào)，它的核心目標(biāo)就是服務(wù)于重型的天宮空間站發(fā)射任務(wù)。

長(zhǎng)征五號(hào)基本型和B型運(yùn)載火箭對(duì)比圖

（授權(quán)圖源：Memorian-QN）

從上圖可以看出，相比長(zhǎng)征五號(hào)火箭這個(gè)57米高的“大胖子”，它是一個(gè)約53.7米的“矮胖子”。它們的主要區(qū)別有兩點(diǎn)：

1. 長(zhǎng)征五號(hào)B型火箭移除芯二級(jí)，成為“一級(jí)半（芯一級(jí)+助推器）”構(gòu)型

對(duì)于長(zhǎng)征五號(hào)火箭而言，它的芯一級(jí)和4枚助推器是“大力出奇跡”的關(guān)鍵所在，共計(jì)10枚發(fā)動(dòng)機(jī)（2臺(tái)YF-77和8臺(tái)YF-100）能產(chǎn)生超過(guò)1050噸巨大推力。火箭的高軌（軌道高度數(shù)萬(wàn)千米，乃至更遠(yuǎn)的深空）運(yùn)力主要由能長(zhǎng)期工作的芯二級(jí)和可擴(kuò)展上面級(jí)決定。而對(duì)于專注于近地軌道（軌道高度僅數(shù)百千米）重載任務(wù)的B型火箭而言，“一級(jí)半”構(gòu)型足夠?qū)崿F(xiàn)近地的天宮空間站建設(shè)需要，發(fā)射本次重點(diǎn)測(cè)試的新載人飛船也不在話下。

2. 長(zhǎng)征五號(hào)B型火箭使用了更大的整流罩

雖然移除了長(zhǎng)約11.5米的芯二級(jí)，相對(duì)于基本型而言，長(zhǎng)征五號(hào)B火箭整體長(zhǎng)度僅縮短了3米多，重要原因就在于它更大的整流罩。整流罩是處在火箭頂部保護(hù)航天器的重要構(gòu)件，新版整流罩長(zhǎng)度達(dá)到了20.5米、直徑5.2米，足以保護(hù)巨大的天宮空間站核心艙段。

因而，長(zhǎng)征五號(hào)B型火箭是專注于近地軌道重型大體積載荷運(yùn)輸?shù)摹鞍肿印保氖状伟l(fā)射成功，也標(biāo)志著天宮空間站建設(shè)過(guò)程中最重要的運(yùn)輸載具完全成熟。

Part.3

新載人飛船“新”在哪里？

目前，人類正處于服役階段并執(zhí)行過(guò)實(shí)際載人任務(wù)的的載人飛船只有兩種：俄羅斯的聯(lián)盟飛船和中國(guó)的神舟飛船。 它們都是標(biāo)準(zhǔn)三艙式（推進(jìn)艙、軌道艙和返回艙）構(gòu)型，僅能運(yùn)送3名航天員/宇航員、運(yùn)力有限、一次性使用、功能和拓展性有限，各方面都無(wú)法滿足下一步人類載人航天需求。

人類現(xiàn)役且執(zhí)行過(guò)載人任務(wù)的兩款載人飛船典型特點(diǎn)之一就是逼仄的空間，神舟飛船（左）比聯(lián)盟飛船（右）稍大一些，但也僅是約6立方米空間（返回艙），僅相當(dāng)于一間2平米的房間，甚至無(wú)法放下一張床（圖源：中國(guó)載人航天/Roscosmos）

世界兩款現(xiàn)役且執(zhí)行過(guò)載人任務(wù)的載人飛船和五款在研載人飛船對(duì)比，各國(guó)新型載人飛船的各項(xiàng)能力均大幅提升（授權(quán)圖源：Memorian-QN）

因而，目前世界唯三的載人航天勢(shì)力，中國(guó)、美國(guó)和俄羅斯，都在發(fā)展新一代載人航天飛船技術(shù)。此次任務(wù)，發(fā)射的便是中國(guó)的新載人測(cè)試飛船，它與神舟飛船相比，進(jìn)行了全方位的升級(jí)。

1.修改成更大的兩艙式設(shè)計(jì)

與神舟飛船相比較，新載人飛船移除了軌道艙。設(shè)計(jì)軌道艙的主要原因在于它可以在飛船整體進(jìn)入軌道后，給三名航天員提供短期駐留空間，從事科研和技術(shù)驗(yàn)證等，空間也稍大于返回艙（8立方米）。在載人任務(wù)結(jié)束后，推進(jìn)艙和返回艙會(huì)返回地球，推進(jìn)艙會(huì)被拋棄。而軌道艙能實(shí)現(xiàn)一定時(shí)間在軌駐留，起到小型空間科研平臺(tái)的效果，本質(zhì)上是近地空間站和載人飛船技術(shù)不成熟時(shí)的一種技術(shù)妥協(xié)，總體性價(jià)比并不高。

2016年10月17日神舟11號(hào)飛船進(jìn)入太空，兩位航天員景海鵬和陳冬在完成與天宮二號(hào)對(duì)接任務(wù)后返回地球，而神舟11號(hào)飛船的軌道艙至今仍在太空中。目前軌道在逐漸降低，最終會(huì)進(jìn)入大氣層返回（左圖源：中國(guó)載人航天）

但隨著中國(guó)載人航天也即將邁入空間站時(shí)代，效率更高、技術(shù)更先進(jìn)、容量更大的兩艙式設(shè)計(jì)更加適合當(dāng)前需要。 它的最大運(yùn)力為7名航天員，大幅超過(guò)了神舟飛船僅3名的上限。此外，它還擁有更大貨運(yùn)能力，尤其是在進(jìn)入太空和返回地球時(shí)可由航天員攜帶回更多有價(jià)值載荷。

2.可重復(fù)使用

聯(lián)盟飛船和神舟飛船都是一次性使用，唯一返回地球的返回艙也完全失效，而 新載人飛船將通過(guò)模塊化、通用化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。 一個(gè)典型特點(diǎn)是它采取隔熱模塊和返回艙段組合的方式，使用后僅需更換隔熱模塊即可。

早在2016年6月25日，我國(guó)新型火箭長(zhǎng)征七號(hào)首飛時(shí)就攜帶了新一代載人飛船實(shí)驗(yàn)縮比返回艙，隨后在2018年第十二屆中國(guó)國(guó)際航空航天博覽會(huì)展出，可以明顯看出防熱結(jié)構(gòu)和主金屬結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)（圖自：新華視點(diǎn)）

為提升回收安全性、降低對(duì)返回艙的損耗，新載人飛船返回艙將采取群傘與緩沖氣囊結(jié)合的方式回收，相較神舟飛船做了全方位升級(jí)，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)10次以上的穩(wěn)定復(fù)用能力。

早在2018年5月，新載人飛船就進(jìn)行了氣囊著陸緩沖實(shí)驗(yàn)（動(dòng)圖源：航天科技集團(tuán)）

3.長(zhǎng)壽命、多構(gòu)型的先進(jìn)通用平臺(tái)

天宮空間站建成后，預(yù)計(jì)航天員將實(shí)現(xiàn)半年一次輪換，期間必須保證空間站長(zhǎng)期對(duì)接有緊急逃生用飛船，這已經(jīng)大幅超過(guò)了神舟飛船僅幾十天的設(shè)計(jì)壽命。而新載人飛船設(shè)計(jì)壽命將在2-3年水平，不僅能夠滿足近地軌道任務(wù)需求，也能滿足更長(zhǎng)期的深空探測(cè)任務(wù)需求。與此同時(shí)，新載人飛船的材料設(shè)計(jì)也允許它在太空更惡劣的環(huán)境、尤其是深空輻射環(huán)境中，長(zhǎng)期正常工作。

新載人飛船主要會(huì)有兩個(gè)構(gòu)型，它們大小、質(zhì)量等不同。這意味著新載人飛船不僅適用于常規(guī)的近地軌道載人任務(wù)，也可以根據(jù)任務(wù)需求擴(kuò)展為探月和深空探測(cè)版本，最大構(gòu)型8.8米長(zhǎng)，重21.6噸，足以完成復(fù)雜的深空探測(cè)任務(wù)需求。而神舟飛船并沒(méi)有深空飛行能力。

對(duì)于深空探測(cè)載人任務(wù)，例如載人登月任務(wù)，飛船返回地球、沖入大氣時(shí)速度更大，這意味著更劇烈的摩擦，必須提高飛船耐熱能力。相較于神舟飛船，新載人飛船的耐熱能力提升了3-4倍，未來(lái)的中國(guó)載人登月計(jì)劃，它也必將成為主力。

2019年12月27日，中國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭遙三任務(wù)順利發(fā)射后的大屏（圖源：我們的太空）

1970年4月24日，東方紅一號(hào)衛(wèi)星成功進(jìn)入太空，中國(guó)人千百年來(lái)的航天夢(mèng)終于從“嫦娥奔月”和“萬(wàn)戶飛天”的傳說(shuō)成為現(xiàn)實(shí)，最近我們還迎來(lái)了中國(guó)航天50周年紀(jì)念日。50年后，東方紅一號(hào)衛(wèi)星仍然在太空中，見(jiàn)證著中國(guó)新一批火箭和航天器的發(fā)射，它們都將成為中國(guó)航天事業(yè)的最有力的見(jiàn)證者。從篳路藍(lán)縷到厚積薄發(fā)，航天人也在讓中國(guó)人“星辰大?！钡膲?mèng)想逐步成為現(xiàn)實(shí)！新的征途就在眼前，向著星辰大海，出發(fā)！

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（本文中標(biāo)明來(lái)源的圖片已獲得授權(quán)）