石豪：中國航天，靠什麼領跑世界？

　　北京時間2020年5月8日13時49分，我國新一代載人飛船試驗船返回艙於東風着陸場區安全着陸。

　　從長征五號B運載火箭的首飛，到新飛船的回收，這次拉開我國載人航天新階段序幕的試驗任務終於取得圓滿成功。

　　新載人飛船在軌模擬圖

　　一切為了航天員的安全

　　作為神舟號以後中國載人航天工程的下一代載人飛船，新飛船要實現對載人登月與近地軌道任務的兼顧。其中，載人登月任務要求飛船返回艙以近乎第二宇宙速度（11.2千米/秒）安全再入大氣層，其熱控制與姿軌控要求相較神舟飛船更為嚴苛。反而言之，只要新飛船能夠達到載人登月的返回要求，自然也可以用於速度更低的近地軌道空間站任務，實現返回艙設計的標準化。

　　因此，本次新飛船試驗船配備了可用於探月的大型服務艙模塊，整船質量達到21.6噸。在由長征五號B運載火箭發射進入近地軌道後，新飛船執行了7次自主變軌，將軌道遠地點抬升至8000千米，既驗證了服務艙的軌控能力，又使返回艙的再入速度超過9千米/秒，創造了接近第二宇宙速度的返回熱流條件。

　　新載人飛船軌道提升

　　事實證明，新飛船的熱控方案卓有成效，能夠全程保護航天員的安全。

　　而為了確保航天員的萬無一失，新飛船上成功運用的新技術又何止熱控一項。

　　傳統的飛船液體發動機主要採用肼基燃料，如美國的載人龍飛船的SuperDraco發動機就是四氧化二氮/一甲基肼的雙組元推進劑。但不管是肼、一甲基肼還是偏二甲肼，都是劇毒物質，一旦意外泄露進入返回艙內，將直接威脅航天員生命安全，這也是一直載人龍飛船的一個不穩定因素。至於四氧化二氮，其劇烈的腐蝕性和毒性更是不遑多讓，不僅直接威脅航天員，也對推進劑加注過程有很高的要求。

　　載人龍飛船推進系統在2019年測試時發生爆炸

　　在新飛船返回艙上，世界推力最大的單組元無毒發動機首次亮相。這種發動機採用硝酸羥胺（HAN）燃料，與肼相比毒性大大降低，而且不需要四氧化二氮作為氧化劑，有效保障了航天員與地面加注人員的安全。目前，我國多個航天研究所已掌握無毒推進劑關鍵技術，相關推進器已逐步在衛星等航天器上得到應用，無毒發動機已成為未來航天推進技術的重要發展方向。

　　而對於安全着陸，與採用單傘+反推火箭的神舟號飛船不同，新一代載人飛船選擇了群傘+緩衝氣囊的設計方案。

　　新載人飛船進行返回艙着陸試驗

　　　　這是因為新飛船返回艙比神舟號的返回艙重了一倍，而神舟飛船採用的是世界上面積最大的單體降落傘，繼續增大單傘面積會超越材料本身的物理特性，得不償失。

　　因此，新飛船選擇了雙減速傘、三主傘的氣動減速方案，每一具主傘的面積都與神舟飛船的主傘相當，能夠在短時間內將返回艙的速度降低到每小時幾十千米。並且，群傘的冗餘特性保證飛船能夠在一具減速傘、一具主傘失效的情況下，依然安全着陸。

　　當然，傘的數量也不是越多越好，更多的主傘數量對傘系統的總體設計提出更高要求——各傘必須各司其職，不能纏在一起“打架”，否則可能降低傘的效率，反而威脅返回艙安全。

　　在即將着陸前，新飛船底部的六個氣囊自動充氣展開，讓飛船像“躺在沙發上”一樣軟着陸，確保航天員受到的衝擊最小。

　　新載人飛船大載重氣囊緩衝技術試驗

　　着陸後，氣囊主動泄氣，防止返回艙因重心不穩傾倒——所以我們看到的現場畫面中，新飛船是矗立在着陸場上的。

　　着陸後的新載人飛船

　　除了保證航天員的絕對安全外，新飛船採用群傘+緩衝氣囊的着陸設計，還有一個很重要的考慮——確保飛船主體結構安全，以便實現重複使用。

　　重複使用與降低成本

　　載人航天想要發展必須降低成本，而重複使用則是降低成本的一個可行途徑。

　　新載人飛船在設計中，就貫徹了重複使用的理念。

　　對於神舟號等老一代飛船，其防熱燒蝕層與返回艙是一體化的，使用也是一次性的，一次再入直接報廢。

　　神舟十一號飛船返回艙實物

　　而新飛船採用了兩層式結構，內層為可復用的金屬結構，外層為可拆卸的燒蝕防熱結構。每次飛船返回地球，只需要進行一次全面檢查，確保復用部分無傷，再更換一套防熱結構，就能繼續使用。

　　新載人飛船縮比模型結構

　　當然，復用也是要追求總體效益最優，在新飛船的最終方案里，一定會選擇最划算的方案——畢竟，在復用這個問題上捨本逐末的反面例子，是現成的。

　　阿波羅登月成功後，美國轉向發展可重複使用的航天飛機，以求降低近地軌道任務的成本。然而航天飛機為了實現“重複使用”，大量採用了新技術、新方案，以至於運營和維護費用居高不下，反而導致了總成本上升。

　　更為嚴重的是，航天飛機脆弱的救生模式與隔熱技術，直接導致了“挑戰者”號和“哥倫比亞”號的悲劇，14名航天員獻出了寶貴的生命。

　　航天飛機——美國的驕傲與痛楚

　　最終，美國決定退役全部航天飛機，當時航天飛機的飛行次數，甚至不及預期的三分之一。

　　“前車覆，後車戒。”善於以總體眼光看問題的中國航天人對此看得很透徹，絕不會重蹈美國的覆轍。

　　不過，事物都是一分為二的。

　　航天飛機在滿足“節約成本”這一初始需求方面徹底失敗，但依然無法掩蓋其在技術層面的巨大突破。

　　從發動機到隔熱瓦，從戰神火箭到X-37B空天戰鬥機，時至今日，航天飛機的技術遺產，對美國來說依然是一筆難以估量的財富。

　　X-37B空天戰鬥機

　　對於長期處於追趕者姿態的中國航天而言，抓住新載人飛船這一難得機遇，充分探索人有我無的新技術、新工藝，整體提高我國載人航天的技術水平，也是正在進行的工作。

　　畢竟，沒有技術，和有技術選擇不用，不是一回事。

　　走向世界領先

　　新載人飛船是兩艙式設計，高8.8米，最大直徑4.5米，其返回艙容積已超過神舟飛船軌道艙與返回艙容積之和，能夠搭載6至7人。與美俄等國在研的新飛船相比，我國的新一代載人飛船已經達到了很高的標準，可以說“齊頭並進”。

　　根據試驗船項目負責人張柏楠同志介紹，新飛船採用了新的防熱材料，性能非常好，耐燒蝕、隔熱性和結構整體性都很出眾，這種材料的成功運用是世界領先的。

　　從遠遠追趕，到並駕齊驅，再到世界領先，中國航天走過了漫長的歲月，把紅旗插上一座座科學的高峰。

　　下一座高峰是大型空間站，如果國際空間站（ISS）於2024年如期關停的話，那麼中國大型空間站將自動承擔起全人類探索太空的使命。

　　以後，還會有載人登月。

　　而新飛船，正是為此而生，模塊化的設計可以讓她輕鬆勝任近地軌道和地月軌道輸運，承擔起將五星紅旗插上月球的光榮使命。

　　為什麼要去月球？

　　宇宙就是個海洋，月亮就是釣魚島，火星就是黃岩島，我們現在能去，但我們不去的話，後人要怪我們。別人去了，別人占下來了，你再想去都去不了——人民科學家葉培建院士如是說。

　　“當年為什麼不把兩彈一星搞出來？”很幸運，這種感慨今天的我們不會有。

　　因此，我們的後輩也不該有“當年為什麼不搞新飛船，把中國人送上月球？”這樣的喟嘆。

　　歷史就是這樣充滿着巧合，新載人飛船試驗船平安歸來之日，正是21年前我駐南聯盟大使館遭美軍野蠻轟炸的日子。

　　21年，同樣的紅旗，不同的背景。

　　弱者只能委曲求全，強者卻能恣意妄為。

　　我們要當個弱者，還是努力成為強者？

　　當然是強者。

　　但絕不會像既有的霸權主義者一樣隨意驅遣他人，而是來到國際社會就辦三件事——

　　公平，公平，還是公平。

　　手裡沒有技術，和有技術不用，不是一回事。

　　手裡沒有利劍，和有劍不用，更不是一回事。

　　我們要有技術，要有利劍。

　　為此，我們必須領跑世界。

　　這是我輩的使命，更是責任。