展望中国的下一代载人飞船

说起今年中国载人航天领域的大事件，除了即将发射的天宫二号空间实验室和神舟十一号载人飞船外，今年6月25日成功首飞的长征七号运载火箭也是十分值得回味的，但其实说起这次发射最大的看点，其实笔者以为既不在火箭本身，也不在风光旖旎的文昌发射场，而是这次首飞的主要载荷——我国新一代载人飞船的返回舱缩比模型。

一般来说，考虑到一型运载火箭首飞的风险性和不确定性，同时首飞箭需要搭载大量的传感器和试验设备，因此一般首飞都选择搭载重要性较低的载荷，甚至仅仅是配重结构，最极端的甚至可能只是运了一罐子水进太空（土星1号，别跑，说的就是你）。

然而，我国此次长征七号首飞搭载的七个载荷中，竟然包括了新一代载人飞船的返回舱缩比模型，还有上面级，小卫星和部分试验装置。笔者之所以说这个缩比模型是最大的看点，是因为从这个缩比模型中可以一窥我国下一代载人飞船的主要特征，载人航天领域的最新研究成果，未来深空载人探测（好吧，我说的就是登月）的思路和技术储备情况，并可以与国际上其它正在开发的先进飞船进行一场PK。随着今年神舟十一号飞船的发射，神舟系列已经进入了成熟稳定期，那么针对未来载人深空探索的下一代载人飞船的研发必然也已提上议事日程。那么这个新飞船的返回舱缩比模型究竟要怎么看，怎么才能透过它看出我国下一代飞船的特点和设计思路，且听我细细道来。

此次回收的缩比返回舱实物

网友推测出的载荷分布

开疆拓土的“神舟”飞船

首先说说神舟，神舟系列载人飞船作为我国载人航天工程（921工程）的主要成果之一，其取得的成就是世人瞩目的，使我国成为了继美、俄之后世界上第三个具备独立载人航天能力的国家。

我国的神舟飞船主要有三个部分（舱室）构成，因此也被称之为三舱构型飞船

迄今为止，已经进行过十次发射，其中五次载人，而载人任务均取得了圆满成功，具体见下表。

我国神舟系列载人飞船的发射情况

我们的神舟已经成为了一款稳定可靠的载人飞船，证明这个思路是完全成功的。这一系列发射和实验解决了以下三个方面的问题：

1. 首先突破近地轨道的天地往返技术，同时将轨道舱设计为具有留轨功能的舱段，开展在轨生物、化学和对地观测等科学实验，同时对后续空间实验室和空间站阶段的长期在轨相关技术进行验证，形成了基本型神舟飞船。这是神舟1-5号的成果。

2. 第二个方面是将轨道舱取消留轨功能，将轨道舱设计为兼具出舱活动功能的气闸舱, 对空间站的出舱活动相关技术进行验证, 形成出舱活动飞船。这是神舟7号的成果。

3. 第三方面 , 飞船增加交会对接功能，并于天宫系列试验空间站进行对接，取消出舱活动功能，具备 3 人 5 天的独立飞行能力。形成改进型标准载人飞船, 满足空间站天地往返运输的运营需求。这是神舟8号以后的成果，包括今年下半年即将发射的神舟11号。

但是说完了成就，咱就得说说不足了，众所周知，神舟飞船与俄制联盟系列载人飞船有着一定“渊源”。

神舟飞船和联盟飞船的对比图，个中渊源不言自明，不过我们的舱要比联盟稍大一些

神舟飞船返回舱质量3.5吨，这明显大于联盟飞船返回舱，不过变大这么点儿还是没什么卵用，返回舱依旧拥挤不堪

因此缺点也一并继承，我来唠叨唠叨，首先联盟系列的三舱结构导致升空和返回时飞船内部空间十分狭小，因为宇航员只能缩在拥挤的返回舱内，简单来说就是非常不舒服，基本就是人肉沙丁鱼罐头的感觉。另外返回舱的狭小也导致其下行货物能力很差，基本带不回太多的东西。其次是运力低，一次最多只能运送三名宇航员，老司机都知道同样一辆车，只有多拉快跑才能省钱办大事儿，但是联盟显然不合格。此外联盟飞船最早虽然是针对登月任务研制的，但是其实其构型并不适合深空任务，当年也是为了和美国比赛不得已而为之。还有飞船是一次性的，飞船三个舱室只有返回舱回到地球，而返回舱却又无法复用。还有，飞船采用的是主备用伞降返回系统，落地前抛掉防热大底用小型固推火箭完成触地，无论是着陆精度还是舒适度都有不足。

其实自2011年美国航天飞机退役以后，目前可以执行载人任务的只有“联盟”号和中国的 “ 神舟” 号载人飞船。但是近几年，美国载人航天领域进入了更新换代的高潮时期。美国为改变没有自己的天地往返载人航天器的尴尬现状，责成多家民营航天企业加紧研制了一大波新一代载人飞船。此外俄罗斯也已经进行了新一代载人飞船的发展和研制。这些新一代载人飞船在设计理念上更加注重系统优化（逃逸方式和构型），具有多用途（深空、近地均可）、高可靠和低成本（可重复使用或低成本设计）的特点。

我国2020年建成的组合式空间站，尚未命名哦

此外，对于咱们将于2020年兴建的组合空间站，以及远期的载人登月的深空任务，乃至月面基地和载人火星探测任务。现有的神舟飞船显然已经无法满足要求。因此我国新一代多用途载人飞船的论证和研制也是势在必行。

殊途同归又五花八门的下一代载人飞船

要说清我们的下一代飞船应该是什么样的，我们有必要先瞅瞅别人的是什么样的。以美国为例，美国新一代载人飞船的发展可以总结为“知耻而后勇，厚积而薄发”。在2011年航天飞机的黯然退役之后，国际空间站的美国宇航员竟然只能通过俄罗斯的联盟飞船前往太空，再加上俄罗斯那“坑爹”（出租车司机绕路管你多要的那点儿钱在老毛子的这个宰客面前真是小巫见大巫）的报价，对美国航天业来说无异于奇耻大辱，因此美国着手研发了一大波（确实是一大波。。。）新一代载人飞船。几种飞船殊途同归，又都各具特色，各有改进。其先进程度、载人能力、舒适度和设计思路均较以往有很大的颠覆。其中尤以NASA的商业载人航天项目（Commercial Crew Program，简称CCP）项目下的两款飞船尤为突出，分别为波音公司的CST-100星际线（Starliner）飞船和SpaceX公司的载人龙飞船，而其中设计又尤以载人龙飞船最为“激进”。

笔者认为航天飞机并不是一款失败的载人航天器，只是生不逢时，他的先进程度是这个时代所无力承受的，未来的某一天他一定会回来的

美国被老毛子7000多万刀一张的船票坑惨了，于是乎一口气搞了一大波载人飞船，意图一雪前耻，图中从左至右为CST-100（星际线）、载人龙、猎户座

今年SpaceExpo大会上公布的两款飞船的票价——每个座位5800万美元，觉得贵？你是没看到下面联盟的8100万美元每个坑，没错，就是个坑

NASA的商业载人航天项目Commercial Crew Program标志

NASA的CCP项目进展，宇航员已经开始了模拟机训练，最快明年底载人首飞

简单说来，美国这一波新型飞船主要有以下几个特点：

1. 都采用了两舱构型，联盟飞船标志性的三舱构型已经没有跟随者了，包括俄罗斯自己的下一代飞船都放弃了三舱构型，两舱构型可以大幅度提高返回舱的内部空间，提高运力，增进舒适性。

2. 其中两款（CST-100和载人龙）采用了推式逃逸技术，也叫自备动力逃生技术，代替了以往的拉式逃逸（老打错成那啥逃逸）。推式逃逸并不是什么新鲜东西，但是他所具有全程逃逸功能进一步提高了旧有逃逸系统的可靠性，使得在飞船在入轨前的任何时刻都有能力中断发射并返回地面。

3. 都大幅度提高了运力指标，其中CST-100和载人龙面向未来的商业太空旅游和国际空间站逃生需求，最大运力高达七人，是联盟的两倍还多，即使是最大运力状态下，其乘坐舒适性也比联盟系列要好。即使不满员搭载，也可以改为搭载大量货物，并具有更强的货物下行能力。

4. 可复用和低成本设计，下一代飞船大都采用了成熟的商业级零件，大幅度压缩了成本。此外部分还采用了可重复使用的设计，飞船在返回地面后经过评估、翻修、更换零件和测试可以再次使用。如果飞船复用能够成功，必将极大地降低载人航天发射的成本。

5. 精确的定点着陆方式，几款飞船都在精确着陆上下了功夫。其中尤其以SpaceX的载人龙飞船的方式最为激进，因为着陆全程采用飞船侧壁的反推发动机反推调姿再入，飞船落点精度相当之高，这种VTVL方式的落点精度已经被猎鹰9火箭的回收试验所证实（但前期为稳妥采用备用伞降系统）。

6. 此外老美的新一代飞船还采用了新的材料，包括复合材料和新型合金；新的工艺，比如3D打印；还有新的防热结构，比如SpaceX的第三代PICA-X防热大底。

图为最新曝光的正在进行强度测试的载人龙飞船

之所以与以往大家看到的载人龙飞船不一样，是因为这是拆除了飞船外壳、大底、逃逸系统后的承压结构，说白了就是飞船的“内胆”，作为美国“一大波”新型飞船中的排头兵，也是设计最激进和颠覆的一款飞船。（去年试飞的猎户座飞船并非全状态，而明年的试飞的载人龙属于全状态飞船，因此算他是排头兵）预计将于明年中期执行首次无人测试飞行（编号DEMO1）。并后续安排在地球高层大气中试验超音速反推，为2018年的红龙火星探测任务积攒经验和实验数据。

“神舟”的后裔可能会是什么样？

很多朋友一定想问，说了这么多国外的，我们中国的下一代飞船究竟是什么样子的呢？就在去年，一篇名为《新一代多用途载人飞船概念研究》的论文被网友挖了出来，并引发了激烈讨论。之所以这篇论文如此引人关注，主要因为其作者均来自中国空间技术研究院（五院）的载人航天总体部。

文章中称，结合中国现有火箭的运载能力，即经过适应性改造后的长征五号运载火箭和长征七号运载火箭，新一代载人飞船将有两种型号，适应不同的任务需求。其中，全重20吨飞船支持登月任务，全重14吨飞船支持近地轨道、小行星与火星任务。两种飞船采用模块化设计，返回舱完全相同、推进舱携带不同重量的推进剂以适应不同任务需求。此外研发人员呼吁，应提前开展对气动设计、自逃逸用的大推力小尺寸发动机、新型轻质防热材料等关键技术进行攻关，为确定新一代载人飞船的研制方案奠定基础。

文中的同一返回舱的两种构型飞船

文章对中国新一代载人飞船需求进行了分析。考虑到空间站人员轮换期，乘员人数方面按照最大6人乘组设计。考虑到未来载人登月和深空探测的需求，飞行时间应达到不少于21天自主飞行和不少于两年停靠。考虑到载人登月任务需要较大的速度增量，建议推进系统设计成两个模块，要求再入返回速度应能够适应第二宇宙速度(约11.2公里/秒)。文章指明，针对各种约束因素，新一代载人飞船应优先选择钝头体气动外形方案，选择两舱构型，首选自身动力逃逸方案的同时也考虑利用逃逸塔上的固体火箭发动机实现逃逸救生。

此外，首选能够大幅减轻飞船重量的低烧蚀轻质新型防热材料，在低纬度地区选择着陆场，强调通过适应多任务来降低研制成本，通过可重复使用来降低使用成本。

论文中设想的返回舱，其中大底应为可更换

看一下回收的返回舱缩比模型，确实是很像哦

而后央视新闻视频中首次出现了新一代飞船的返回舱模型的模糊图，而就是这惊鸿一督让爱好航天的网友炸了锅，有兴趣的网友可以找来搜搜这张图。虽然后来相关研发人员在接受媒体采访时否认了这篇文章中的飞船构型就是未来我国下一代载人飞船，但是不可否认两者之间必定有脱不开的关系。经过此次缩比返回舱试验和后续的设计迭代后，我们的下一代飞船应该是什么样子呢？我们可以大胆猜测一下：

首先由于我国采用追梦者或者航天飞机式的升力体构型可能性较小，所以升力体构型已经出局。因此下一代飞船还是成熟的飞船构型。这也是我国飞船发展谱型的一个继承性要求。目前的神舟飞船之所以是“钟”形，是因为底部直径只有2.52米。中国下一代飞船的返回舱底部直径增加至5米，外形为圆锥侧壁加球冠大底的结构构型。其结构主体分为顶部、侧壁、大底三部分。顶部是返回舱的主要承力部件，需要在返回段开伞过程中抵抗严苛的冲击载荷。顶部有伞舱、弹射器、GNSS 天线、黑障天线等设备。侧壁包括防热层、蜂窝板和壁板，其中防热层有4块，并与蜂窝板粘贴在一起，再用螺接的方式与壁板上的筋相连接。侧壁上主要安装有姿态控制、气动测量功能的设备。大底是缓冲着陆冲击载荷的关键部位，由内外两层蒙皮以及夹筋桁条组成。大底由金属大底和防热大底两部分组成，其中大底上主要安装有信息管理、能源管理、回收、气动测量等功能的设备；防热大底上布设了气动测量功能设备。

相对于美国的新一代飞船，我们希望能够从美俄新一代飞船上吸取一些创新，同时又充分利用已有神舟系列飞船的成熟经验，研发出我们自己的新一代载人飞船：

1. 多任务。飞船兼顾载人登月、深空探测和近地空间站运输需求，而且还要具有更强大的货物下行能力，考虑到我们从月球和空间站带回样本和载荷。

2. 更大更强。根据任务不同，人员运输规模3~7人，停靠时间从现在的半年提高到2~3年，货物下行能力500kg。

3. 采用推式逃逸系统（Push LAS，也叫“自备动力逃生技术”），规避逃逸塔分离风险和具备较强的逃逸方向可控能力（其实应该还有提高运载效率的作用）同时避免传统逃逸塔方案的不可逃逸区，提高成员安全性。但是由于推式逃逸属于世界范围内的全新应用，我国这么快采用的可能性不是很大。

4. 复用，或者是部分复用，最终目的是降低成本，为未来高强度和大批量的空间站和深空任务做出准备。

事实上现有神舟飞船是存在一个不可逃逸区的，在这个阶段出问题，基本上就是自求多福了

随着这次返回舱的试验进行，我们就可以根据返回舱的各项特性大致的分析出所要采取的技术路线。研发人员也可以在神舟飞船的基础上, 发展出承载人数更多、飞行支持能力更长、可靠性安全性更高、可复用或成本更低的能够执行载人深空探测任务的新一代飞船.。

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