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長征五號乙首飛成功——走向深空的最后一把鑰匙


更新日期:2020-05-05 21:59:27來源:網絡點擊:669234
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出品:科普中國

制作:長征⑨號

監制:中國科學院計算機網絡信息中心

去年年底"長征五號"遙三運載火箭復飛成功的歡呼聲猶在耳畔,我們又迎來了"長征五號乙"運載火箭。在逐漸遠去的轟鳴聲中,長征五號乙遙一運載火箭帶著新一代載人飛船的試驗船送上了太空。

長征五號乙首飛成功——走向深空的最后一把鑰匙

圖片來源:江程杰

5月5日18時,中國文昌航天發射場,長征五號B運載火箭點火升空,將#新一代載人飛船#試驗船等載荷的組合體送入預定軌道,實現空間站階段飛行任務首戰告捷,拉開我國載人航天工程“第三步”任務序幕。

長征五號乙與長征五號相比,有哪些區別?

關于"長征五號乙"最基本的各項參數,包括主動力,燃料等在這里不一一贅述了。作為"長征五號"現行僅有的兩款構型之一,"長征五號乙"的目標軌道為近地軌道,主要用于發射空間站的各個艙段,與"長征五號"的同步轉移軌道的目標軌道存在著較為明顯的區別。

既然任務需求變了,那么火箭結構也會隨之發生改變。"長征五號乙"去掉了"長征五號"的第二級,相應的,芯一級長度也得到了延伸。同時由于存在發射17米左右長度的空間站艙段的需求,其整流罩也進一步拉長,達到了驚人的20.5米。如果用它來搭雨棚,一定能坐下很多人……

長征五號乙首飛成功——走向深空的最后一把鑰匙

在重慶東部山區的整流罩被村民改為雨棚,網友笑稱其為全球最貴雨棚(圖片來源于網友,侵刪)

新一代載人飛船真身亮相,和"神舟"有何不同?

同樣值得好好講的是此次發射任務的主要載荷——我國新一代載人飛船的試驗船。

這個飛船我們也不陌生,早在4年前"長征七號"首飛的時候,這個飛船返回艙的縮比模型就作為主要載荷之一送上了天,在軌測試后再入大氣層,最終安然著陸。

四年后的今天,這個飛船的真身也終于走到了臺前。它的質量大于20噸,已經超過了13噸重的"天舟一號"貨運飛船,再次刷新了我國載荷投送質量的紀錄,同時其將在遠地點8000km的軌道上運行一段時間,測試各項指標后再入大氣層,它也將是我國除了2014年發射的"嫦娥五號T1"飛行試驗器之外,再入大氣層時速度最快的航天器。

飛船在高速狀態下進入大氣層,將經受住數千度高溫的燒蝕與數個重力加速度的過載,能不能最終實現安全的再入返回,是此次實驗要解答的最重要的問題。盡管幾經磨難,火箭部分已經成功,但對于新型飛船的考驗才剛剛開始,我們依然需要繼續密切關注。

和"神舟"飛船相比,新型飛船有以下幾點不同。

1.放棄軌道艙,改為兩個艙段

大家很容易就能注意到,新型飛船的一大特點就是放棄了軌道艙,只有 "指令艙-服務艙"兩個艙段,且指令艙的外形呈錐形,更類似于美式的"阿波羅"飛船的布局。

而我國現役"神舟"飛船的"軌道艙-返回艙-推進艙"三艙布局則與"聯盟號"類似,有著非常濃厚的蘇式風格。不過,"神舟"飛船的軌道艙具有獨立在軌運行的能力,這是"聯盟號"所無法實現的。這種設計背后的原因說來也讓人嘆息——由于我國在很長一段時間內并沒有一個能夠長期運行的空間站或空間實驗室,大量的在軌運行實驗不得不需要在軌道艙內進行。即便在"天宮一號"、"天宮二號"兩個空間實驗室運行的時候,這樣的空間實驗需求仍然難以得到滿足。

但很快,這樣"螺螄殼里作道場"的無奈的場面就要畫上句號了。

隨著"長征五號乙"運載火箭的發射成功,我國的空間站計劃也將繼續推進。在得到了擴容之后,我們"五艙一鏡"的布局將拉開我國向太空大舉進發的帷幕。相對寬敞的內部空間,標準化的實驗機柜,將讓我們對于空間環境及其效應的認識得到極大的豐富。

不過即便如此,這次的無人飛船試驗,我相信里面還是會裝滿來自我國各個高校、科研院所的實驗設備,中軌道的宇宙輻射、低重力特性將為我們進一步認識空間環境提供優良的實驗環境。

2. 底部直徑擴大,容積提升

沒了軌道艙,底部直徑擴大到了4.2米,新型飛船的容積也將得到進一步提升。"神舟"飛船返回艙的容積僅僅為6立方米,最多搭載三人,刨去必要的子系統,可以說是擠作一團;而新型飛船的指令艙的容積則翻了一倍,達到了13立方米,一次可以運送6-7人,在僅搭載3人的半人半貨模式下還能輸送500千克物資,這不僅可以讓航天員們能夠更加舒適地開展太空任務,在飛行途中不感到過于壓抑,而且飛船在返回地面的時候,還能將大量的空間實驗樣品下行運輸。在地面充足、完備的研究中心內,我們能夠對實驗樣品得到更加細致的研究,獲得更加深刻的認識。

3. 噸位變大,可勝任多種載人飛行任務

體型變大了,噸位也隨之變大,新型飛船僅指令艙就達到了7噸,已經逼近"神舟"飛船整船8噸的質量。加上了服務艙后,新型飛船的總質量將達到14噸(近地任務)或20余噸(月球任務),通過搭配不同尺寸的的服務艙,飛船可以勝任多種載人飛行任務??梢哉f,此次載人飛船的試驗如果成功,我們離"上九天攬月"的目標更近了一步。而如此大質量的指令艙,在它接近著陸的時候,一個降落傘已經無法滿足減速需求,因此需要開多個傘。這些降落傘的尺寸巨大,傘繩極長,一旦發生糾纏,將面臨船毀人亡的悲慘下場。如何保證各個降落傘之間不發生沖突,完全打開,令飛船安全著陸,考驗著設計人員們的水平。而這也是此次無人飛船實驗的重點之一。此外,指令艙內置的氣囊將在觸地前釋放,比起"神舟"返回艙內的反沖火箭式設計而言,航天員落地瞬間的沖擊也將更小,更進一步減少航天員受傷的可能,此外,氣囊的設計也將讓返回艙降落在海面上回收成為可能。

4. 可回收利用,成本大幅下降

除此之外,新型載人飛船也有其他的亮點。

如今,人類的航天事業已經不滿足于"有沒有"的問題,開始解決"便不便宜"的問題?;厥绽蔑w行器已然成為了大量降低成本的選擇。新型飛船也不例外,它也考慮了回收利用的情形。飛船指令艙核心筒外圍的隔熱材料是可更換的。此前"神舟"飛船的返回艙,其隔熱材料牢牢地填充在返回艙殼體外部,渾為一體。隔熱材料經過燒蝕之后,返回艙也不能再次使用。新型飛船的可更換式隔熱材料的設計,理論上可以保證飛船重復利用10次,大幅減少天地飛行成本。

屬于我們的未來

歷經近30年的發展,自1992年載人航天工程啟動開始至今,我們見證了"神舟"系列的輝煌,我們忘不了那一幕幕令人動容的瞬間。1999年"神舟一號"首飛,2003年"神舟五號"圓了國人首個飛天夢,2008年"神舟七號"讓中國人邁步太空,2012年"神舟九號"向世人展示了我國女性的風采,2016年"神舟十一號"刷新了中國人在太空生存的紀錄,演練了在太空較為長期的生活。

如今,"長征五號B"型運載火箭將帶著新型飛船以及空間站,開啟一段全新的旅程。下一個30年,我們將乘著先進的飛船,在空間站中繼續求索,追尋奧秘?;蛟S再下一個30年,我們的孩子們,將在月球的基地上講述那持續了數千年的飛天夢。

雖然生活總是充滿挑戰,讓我們肩頭時不時壓上重擔,但我們依舊需要抬頭看看天空,因為那是屬于我們的未來。如果能給這飛船起個名字,我希望是——曙光。

長征五號乙首飛成功——走向深空的最后一把鑰匙

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