巔峯執筆：大踏步超越NASA登月飛船，新飛船亮相航展，首次載人飛行時間公開_風聞

航天科技集團作為第13屆珠海航展的主角之一，其航天展區的佈置可謂是“低調、奢華、有內涵”，180餘項成果分佈在宇航、防務、航天技術應用三大版塊。

近兩年來，長征5B大推力運載火箭、新一代載人飛船試驗船、嫦娥五號月球採樣返回、天和一號核心艙、天問一號繞落巡火星，以及多批次天舟/神舟飛船發射等一系列重點型號接連取得成功，它們用實際行動證明了實力，因此大多數型號皆以模型形式參展。

參展的嫦娥五號探測器模型

唯獨去年搭乘長征5B遙一火箭執行首飛任務的新一代載人飛船試驗船（後文簡稱“新飛船”）返回艙以實物形式亮相宇航版塊，結合一同參展的921工程新一代載人運載火箭以及長征九號重型火箭，不難看出我國航天正在朝着另一個全新目標加速前進——載人月球探測。

參展的新一代載人飛船試驗船返回艙實物

今年年中，神舟飛船首任總師戚發軔進一步向外界披露，我們也在準備，人要到月球上去，咱們的新的試驗飛船就是登月飛船，載人登月飛船，在做這個準備了。

新飛船作為往返地月軌道的擺渡船對載人月球任務的實施至關重要，截至當下人類唯一成功實施載人登月任務的航天器只有阿波羅系列飛船，然而歷史終究只是歷史。面向未來，人類需要更深入地認識月球、開發月球，這就需要新一代登月飛船。

獵户座飛船

放眼當今世界，正在切實準備載人登月並已經付諸行動的飛船隻有兩款，一款是大洋彼岸NASA的獵户座載人飛船（洛克希德馬丁公司與歐洲空中客車公司聯合研製），另一款就是我們的新飛船。

新一代載人飛船試驗船

二者相比孰優孰劣？想必這是大家比較好奇的問題，對此載人航天工程副總設計師、新一代載人飛船項目負責人張柏楠此前曾這樣評價：“新一代飛船實現載人飛行時，它的整個綜合性能，從功能來講，從性能指標來講，應該是國際先進甚至是領先的。”

新一代載人飛船項目負責人張柏楠

運輸效率、多任務適應性、安全性、低成本運營等，這些是當下評估一款載人飛船性能先進與否的關鍵要素。

如果用一個字來概括新一代載人飛船，那就是“大”，該型飛船發射質量21.6噸，是神舟飛船的將近3倍，與後者相比新飛船最顯著的變化就是由三艙構型（推進艙+返回艙+軌道艙）轉變為兩艙構型（推進艙+返回艙）。

兩代飛船構型對比

歷史上採用兩艙構型的載人飛船有很多，比如東方號、水星號、雙子座號等，然而此兩艙非彼兩艙，過去的兩艙構型不具備重複使用能力，而且大量設備佔用了返回艙有限的空間，加上着陸回收系統的能力限制，多種因素疊加制約了航天員搭載數量。

雙子座七號載人飛船

因此聯盟號、神舟號在此基礎上採用更加先進的三艙構型，將返回艙大部分非核心功能轉移至軌道艙，進而擴大返回艙的可居住容積，這才使得航天員搭載人數由2人升級至3人。

雙子座飛船返回艙（2人）與神舟飛船返回艙（3人）對比

載人航天活動歷來以高投入著稱，而要想進一步提高人類進入太空的能力，就必須想方設法降低進入空間成本，因此新世紀的可重複使用兩艙構型飛船才進入發展的快車道。

比如，洛克希德馬丁公司獵户座飛船、SpaceX公司載人龍飛船、波音公司CST-100飛船相繼問世，在着陸回收能力提升的基礎上，為提高重複使用價值，這些飛船盡一切可能將大部分功能都集成在返回艙內。

奮進號載人龍飛船

由此可見，返回艙的大小對回收設備的規模有直接影響，同時也直接影響航天員搭載人數與舒適性，對安全性也有聯動影響。

獵户座飛船返回艙可居住容積9m³，載人龍飛船返回艙可居住容積9.3m³，我們的新一代載人飛船返回艙可居住容積則是13m³，與獵户座相比大了三成，同為載人登月飛船，為何數據懸殊如此之大？

返回艙可居住容積主要受限於兩個因素，一是進入大氣層軟着陸地球的規模，再就是輕質化水平的高低。

獵户座飛船返回艙在軌質量8.5噸

論規模獵户座飛船堪稱人類各型載人飛船的“一哥”，該型飛船發射質量高達25.8噸，其中返回艙在軌質量8.5噸，返回艙着陸重量6.1噸。與之相比我們的新飛船發射質量是21.6噸，返回艙在軌質量7噸，返回艙着陸重量6噸。

可以看到，無論獵户座飛船總體規模有多大，返回地球的重量與我們一樣都無法脱離6噸級這個指標，因為這是當前着陸回收系統的能力上限。

我們的新飛船返回艙

同為6噸級再入重量，返回艙可居住容積卻相差懸殊，這就涉及到輕質化水平的高低。

為滿足載人登月需求，獵户座飛船與我們的新飛船都需要抵禦近第二宇宙速度再入地球大氣層的熱流燒蝕，返回艙需要經受近3000攝氏度高温，因此需要相較於近地軌道飛船更強的防熱能力。

月地返回再入地球大氣層需經受近3000攝氏度高温燒蝕

防熱能力主要通過返回艙外壁的防熱材料實現，獵户座返回艙應用的是基於阿波羅飛船時代的環氧酚醛樹脂基防熱燒蝕材料的改進型，為什麼時隔近半個世紀他們還要用這種略顯笨重的中密度材料？

因為在相當長一段時期內NASA醉心於航天飛機的可重複使用防熱瓦材料研究，這種材料的特性是再入過程中質量、性能保持不變，前提是航天飛機需要通過複雜的機動使得再入熱流峯值控制在可承受範圍內，而這種材料根本無法勝任熱流峯值更高的月地再入返回任務，這才使得他們不得不繼續翻找阿波羅飛船時代的“故紙堆”。

獵户座飛船返回艙大底製備成塊狀的防熱燒蝕材料

防熱燒蝕材料的停滯也導致其加工工藝進步緩慢，比如獵户座飛船不論是返回艙側壁還是大底，因為不具備一次性蜂窩格子灌注能力，所以不得不做成多個塊狀體。

與之相比，走類似技術路線的嫦娥五號返回器大底應用的燒蝕材料不僅密度更低防熱性能更好，而且是自動灌注工藝。獵户座飛船大底防熱材料需要6個月才能成型，而我們只需要一個星期，即便考慮到大底面積的不同，這種時間差距也是非常懸殊。

嫦娥五號返回器

我國新一代載人飛船防熱材料如果繼續沿着嫦娥五號的路線走下去，超越獵户座沒有問題，但項目負責人張柏楠卻並不這麼認為，他説，我們原先搞過一代的防熱材料，當時覺得不夠理想，那個材料試驗也成了，大家也覺得離這個目標還有距離，當時實際上還有點跟國外類似的影子，所以後來整個方案做了比較大修改，大家也是一股勁，不然老覺得老跟別人學，要做就是做自己，我們防熱材料的設計，應該説已經超過了美國。

5年前着陸東風着陸場的多用途縮比返回艙

去年着陸東風着陸場的新飛船返回艙

新飛船返回艙應用的是“輕質碳基微燒蝕防熱材料”，此種材料只需3至4毫米厚度即可抵禦第二宇宙速度再入條件下的熱流燒蝕，而獵户座飛船返回艙的防熱材料則需要1釐米以上，由此可見兩型飛船之間的代際差距。

新飛船返回艙信標機開口，感受一下微燒蝕塗層有多薄

獵户座飛船側壁厚重的防熱材料

返回艙再入大氣層時，其側壁的防熱策略與大底不同，前者可以通過氣動外形規避熱流。側壁傾角越大對側壁防熱材料性能要求越低，側壁傾角越小對防熱材料性能要求越高。

返回艙側壁傾角的大小對防熱材料性能要求不同

獵户座飛船由於對自身防熱材料性能不夠自信，將返回艙側壁傾角做得相當大，如此一來進一步壓縮了可居住容積。反觀我們的新飛船，側壁傾角明顯小於獵户座，進一步利好可居住容積的擴大。

肩負登月使命的兩型飛船返回艙對比

除了防熱材料，降落傘重量也是影響返回艙可居住容積的重要因素，由於返回艙再入重量的增大，新飛船與獵户座飛船都選擇了由三頂主傘組合的羣傘減速方案，然而我們早在嫦娥五號T1試驗器任務中就在全球範圍內率先揭示了“降落傘尺寸效應機理”，使得降落傘輕量化設計達到了國際領先水平。

新飛船羣傘+緩衝氣囊着陸系統測試畫面

如前文所述新一代載人飛船是兩艙設計，而作為兩艙之一的返回艙也有細分的“兩艙”，金屬結構作為艙壁構成可居住的密封艙，外層則是輕質碳基微燒蝕防熱材料構成的防熱層，兩層之間的空間就是非密封艙。

密封艙內只需要裝載環控生保、人機交互等支持航天員生命安全與飛船操控的設備，其餘設備則在非密封艙裝載，使得密封艙容積儘可能擴大，同時避免了許多安全風險問題。

新飛船返回艙的密封艙與非密封艙

影響新飛船返回艙可居住容積大小的因素到這裏就沒有了嗎？非也。新飛船返回艙還應用了世界最大推力的HAN基單組元姿控動力系統，此種動力具有高比衝性能優勢，可以進一步縮小貯箱體積，而這對於擴大密封艙可居住容積而言又是一大利好。

新飛船返回艙HAN基單組元姿控發動機噴口

5年前多用途飛船縮比返回艙順利着陸東風着陸場，此可視為新一代載人飛船研製的轉折點，次年新飛船研製工作全面啓動，至去年5月成功首飛，前後僅用了不到4年時間。

與之對比獵户座飛船從簽訂合同交付大筆研製資金至今已有十六年，加上最新財年預算，總耗資已達206.65億美元，迄今為止這款飛船僅執行過一次軌道飛行測試，而這也是隻有返回艙參與的不完整測試。

反觀我方新一代載人飛船在不到4年時間裏即實現包括推進艙在內的較為完整構型的首飛測試，飛船飛抵的遠地點高度達到了7900公里，比起獵户座飛船返回艙首次測試的5800公里高出2100公里。

新一代載人飛船試驗船在軌畫面

試想一下，如果我們也像他們一樣按部就班地發展，新一代載人飛船的問世還要延後十幾年，那樣一來就永遠不可能趕超，正是因為我們抓住了這個時間差，所以大量前沿技術產品才有了施展的舞台。

要想抓住這個時間差就離不開完善且強大的工業體系，對此新飛船項目負責人張柏楠也頗為感慨：像獵户座飛船起步很早，包括馬斯克的龍飛船實際起步很早，它用的時間也很長，我們作為這個項目起步是很晚的，其實這一次飛船研製跟以前神舟飛船從體會來講，確實咱們國家制造能力是有大幅提高，從圖紙下廠到最後製造，非常快而且非常精準，就能夠一次完成，這技術水平應該都是國際先進或者國際領先的。

新飛船返回艙大底鈦框

比如返回艙大底結構鈦框的製造，傳統工藝是採用鍛造辦法，不僅耗時而且造價極高，為了搭上長征5B遙一火箭首飛班車，新飛船研製的時間節點壓力可以説是相當大，航天科技五院總體部研製團隊不走尋常路，直接嘗試激光沉積3D打印技術製造，此工藝不僅成本更低，製造週期也更短，同時有利於快速迭代，還能更加精準的進行輕量化設計。

新一代載人飛船還有一個特色就是強大的多任務適應能力，這是一款全面兼顧近地軌道自主飛行、空間站運營、載人登月、深空探測（載人小行星、載人火星）等多種飛行任務的“多功能飛船”，主要通過更換不同配置的推進艙來實現上述任務，比如需要執行近地軌道任務時就換裝輕量化推進艙，一次可最多搭載7名航天員。

新一代載人飛船的兩種構型

新一代載人飛船的“新”則主要體現在“可重複使用”這一功能特色上，載人飛船重複使用指的是返回艙重複使用，推進艙還是要再入大氣燒燬，因此新飛船首先將原先置於推進艙的高價值設備諸如星敏感器、計算機等儘可能都放置在返回艙，這樣一來就可以提升返回艙重複使用價值。

新飛船返回艙使用的又是HAN基無毒無污染推進劑，維護性更佳，進一步利好重複使用。

新飛船返回艙HAN基姿控發動機

再就是高安全屬性，新飛船與獵户座都採用的是高速半彈道跳躍式再入+羣傘減速方案，在提高着陸精度方面，早在嫦娥五號T1試驗器任務階段我們就在國際上獨闢蹊徑創新了一種前所未有的自適應預測制導方案，使得試驗器返回艙一舉刷新了人類月地返回任務開傘點精度紀錄。

後來在正式的嫦娥五號月球採樣返回、新一代載人飛船試驗船高速再入返回、神舟十二號載人飛船再入返回等任務中皆應用了自適應預測制導方案，我們的地面搜索回收救援力量因此可以更加事半功倍地實現“艙落人到”。

光學設備跟蹤新飛船返回艙再入過程

除此之外最大的不同之處是最後着陸階段，獵户座飛船隻能利用水體緩衝功能在海洋着陸場濺落，而我們的新飛船則同時具備陸海着陸能力。

獵户座飛船只能在海洋着陸

在陸地着陸時新飛船更為先進的氣囊緩衝方案使得返回艙能夠以站立姿態着陸，穩定性更佳，避免了傳統反推發動機緩衝造成的返回艙傾倒問題，可以盡最大限度保護返回艙內部的元器件，再進一步利好重複使用。

新一代載人飛船試驗船返回艙以站立姿態着陸

新飛船返回艙13m³的可居住容積數據刷新了人類載人飛船返回艙領域的世界紀錄，這麼大的空間不僅能夠保障航天員的生存，還能提供更多的服務保障功能。比如配置有獨立的衞生間，甚至還有專門的餐飲娛樂區，這對於執行長途任務（載人登月）而言是提升航天員戰鬥力不可多得的功能配置。

新飛船返回艙居住艙之艙門視角

居住艙地板

兩塊摺疊板附近區域是餐飲娛樂區

右側貨包及貨架用於測試天地往返貨運功能（執行載人任務時可拆除）

航天科技集團有關單位披露，新一代載人飛船首次載人飛行任務將在2026年前後實施。

與此同時載人登月着陸器也已經在緊鑼密鼓的研製之中，當前也基本確定由具備27噸地月轉移軌道運力的921工程新一代載人火箭執行載人登月發射任務，具體就是使用兩發火箭分別發射新一代載人飛船與着陸上升組合體，兩器在環月軌道對接，航天員進入着陸上升組合體實施登月任務。

載人登月已經在路上

這一方案着眼的是更加長遠的未來，因為接下來登月器將具備重複使用功能，它可以往返於環月軌道空間站與月面，只需補加推進劑即可再次使用，如此一來將大幅度降低載人月球探測成本。

具備可持續載人月球探測工程能力之後，載人月面科研站的建設將水到渠成。