李會超：新試驗艙返回異常，但中國載人航天趕超美國有一個法寶

[文/觀察者網專欄作者 李會超]

5月5日，本是屬於美國航天的紀念日。1961年5月5日，美國宇航員艾倫·謝潑德乘坐水星號飛船，成爲了進入太空的第一個美國人。當時，美國在太空競賽中處於落後的地位，這次任務的成功也爲美國之後在航天領域趕上並超過蘇聯奠定了基礎。

三船三箭的時代

近60年後的這一天，好消息卻從太平洋的另一邊傳來。在文昌發射場，首飛的長征5B型火箭成功將中國新一代載人飛船試驗船送入太空。自此，中國載人航天進入了三船三箭的時代。

圖源：央視新聞

三船，是指神舟號載人飛船、天舟號貨運飛船和新一代載人飛船。

三箭，是指爲這三種飛船提供發射服務的三種火箭。包括用於發射神舟飛船的長征2F火箭，用於發射天舟飛船的長征7號火箭及用於發射新一代載人飛船與空間站艙段的長征5B火箭。

從1999年神舟一號首飛，到2016年神舟十一號與天宮二號共同完成我國空間實驗室階段任務，十一艘圓滿完成任務的神舟飛船使我國成爲了世界上第三個擁有實施載人航天能力的國家，並讓我國掌握了出艙行走、交會對接等多個載人航天領域的關鍵任務。

神舟飛船的三艙構型，與俄羅斯/蘇聯的聯盟號飛船與諸多相似之處。雖然聯盟號是目前世界上唯一可用的載人飛船，美國宇航員目前都不得不“買船票”乘坐聯盟號來往國際空間站，但這種上世界六十年代設計的飛船不可避免的存在諸多侷限，而這些侷限也“傳導”到了神舟號飛船上。爲了能夠讓中國的航天員未來走的更遠、更舒適、更安全也更經濟，設計新一代飛船就成了我們必須要完成的任務。

四年前，我國的新一代飛船首次出現在公衆視野中。2016年6月25日，首飛的長征七號火箭將“新一代多用途飛船返回艙縮比模型”送入太空併成功返回。根據目前公開的報道和文獻資料，新一代飛船採用兩艙構型，由軌道艙和服務艙構成。當宇航員搭乘新一代飛船前往太空時，他們工作、生活在返回艙中，而不像神舟飛船那樣要在返回艙、軌道艙之間穿梭。返回艙的規模將比神舟飛船增加一倍，每次發射最多可以將6-7名宇航員送入太空中。實際上，執行每次任務時，實際搭乘飛船的宇航員不一定要達到7人。當執行載人登月等飛行時間較長的複雜任務時，宇航員的數量可以適當減少。這樣，每位乘員所獲得的艙內體積將會更大，飛行過程也會更舒適。

對於工作在與神舟飛船類似的近地軌道上的載人飛船，返回地面時速度不會超過第一宇宙速度。而新一代飛船瞄準未來的載人深空任務，需要具備以更大的第二宇宙速度再入大氣層的能力。更高的再入速度意味着飛船將承受大氣層更強烈的燒蝕。新一代飛船將採用PICA等低燒蝕度輕質新型放熱材料，在大幅降低防熱機構重量的同時增強飛船的放熱能力。神舟飛船在返回大氣層時，會遭遇一段時間的“黑障”現象，飛船與地面控制人員間的無線電通信會在一定時間內中斷。這是因爲飛船周圍的空氣因高溫而電離，電離後的氣體對無線電信號產生了屏蔽作用。通過新技術的應用，新一代飛船的通信信號將具備突破黑障的能力，飛船在返回過程中能始終與地面保持聯繫。

本次發射的新飛船總重爲20噸左右。根據文獻介紹，新飛船減少服務艙所攜帶的燃料後，還可以構成一種14噸構型。20噸構型飛船主要用於執行載人登月任務，而14噸構型飛船主要用於在更遠的未來執行載人登陸火星、小行星的任務。飛的更遠，飛船反倒變得更輕，是因爲在執行火星、小行星任務時，飛船一般要在近地軌道與推進器、着陸器、居住艙等其他艙段構成組合體，主要的推進任務由單獨的推進器完成，因此飛船本身反倒不用攜帶太多燃料。

可重複使用也是新飛船的一大亮點。研究表明，當飛船的可重用次數達到10次以上時，可將單次飛行成本降至最低。新一代飛船將通過着陸場減損設計，保證飛船返回艙在着陸過程中受到儘量小的衝擊，從而使返回艙實現重複使用。

神舟飛船不會馬上退役

新飛船雖好，但我國的航天員要想真正坐上這種飛船遨遊天際，還需要等待一段時間。這次發射的新一代飛船是一艘試驗船，這意味着高速再入返回防熱、控制和羣傘回收等關鍵技術需要在實際飛行中進行驗證，飛船經過後續改進並證明具備極高的可靠性後，才能執行真正的載人任務。當神舟飛船剛剛投入使用時，同樣經歷了這樣一個過程。神舟一號到四號均爲無人試驗任務，而神舟二號開始飛船才“開通”了生命保障系統，與執行載人飛行任務時基本一致。

但載人航天的任務進度並不會因爲新飛船需要進行必要的試驗而停下腳步。未來2-3年，我國的載人航天工程將進入迎來密集的發射。空間站核心艙和兩個實驗艙將被送入太空，組成我國的首個空間站。空間站建設和運行所需的物資將由4艘天舟飛船運送，而搭乘航天員往返空間站的任務，則仍然會由成熟的神舟飛船完成。總之，用老的、試新的，既取得現在的成績，又爲未來走的更遠打好基礎，未來幾年我國的載人航天工程大有看頭。

讓人略感到遺憾的是，本次飛行中搭載的另一個載荷“柔性充氣式貨物返回艙試驗艙”在試驗過程中出現異常，試驗未能取得成功。這種裝置在進入大氣層時，可以通過類似“吹氣球”的充氣展開方式，增加自身與大氣接觸的面積，從而增大航天器的阻力，實現航天器的減速。未來，它有希望替代減速傘等拖曳式的減速系統，爲航天器在高超聲速情況下的減速提供更好的阻力性能。這項技術目前美國、俄羅斯、日本等國都在進行研究，但尚未有完全成功的報道。就像剛剛初步編制完成，尚在測試階段的代碼難免會有這樣或那樣的BUG一樣，作爲一項走在世界前沿前瞻性先進技術，任務失敗的性質和相對成熟的常規商業發射任務失敗有着本質的不同。雖然本次試驗未能取得成功，但也不意味着這次飛行就失去了意義。從本次飛行中收集的實測數據，將爲這項技術的進一步研發提供重要的參考。

一張藍圖繪到底

本月底，大洋彼岸的美國將迎來載人航天的首次復飛。SpaceX的載人型“龍”飛船將執行第一次載人去往國際空間站的任務。任務如果成功，美國終於結束了自2011年7月航天飛機退役開始沒有載人工具的局面。載人型龍飛船和波音的CST-100飛船，作爲未來美國去往國際空間站的主力飛船，雖然具備可回收重用等新技術能力，但均只能執行近地軌道任務。與我國新一代飛船性能相似的NASA”獵戶座”飛船，則仍處於試驗階段。

二十一世紀初，由於航天飛機在成本和可靠性等方面的問題越來越顯著，美國也面臨着載人航天工具升級換代的問題。在小布什時代，美國同樣以用舊試新的辦法，在繼續航天飛機飛行的同時着手通過”星座計劃“研製新一代火箭和載人飛船，意圖讓美國宇航員重返月球。小布什時代沒有搞成的星座計劃，奧巴馬上臺後隨即推翻，順手還停飛了航天飛機。雖然奧巴馬雄心勃勃的將目標鎖定在了火星，但重返月球這事都沒辦妥，去往更遠火星更是困難重重。奧巴馬政府的打算是，把近地軌道載人飛行這種美國在過去幾十年已經玩的相當純熟的事情交給私人航天公司去做，馬斯克等私人老闆成爲此航天政策的擁躉者。

尷尬的是，雖然2010年時，NASA和相關私人航天公司信誓旦旦的保證，奧巴馬在任內的2015年就能看到美國宇航員重返太空，但實際上，直到今天，美國宇航員還在乘坐俄羅斯飛船。如此嚴重的延誤，讓美國長期陷入載人工具青黃不接的局面。造成這一現象的原因，有人認爲是美國政府空喊口號，實際又不捨得花錢，導致預算不足。也有人認爲，私人航天公司的技術水準是導致這一現象的原因。

2019年底，NASA總監察辦公室公佈的報告又披露了波音和SpaceX“偷工減料”的行爲——他們將本應該通過無人飛行測試的項目轉移到載人飛行中。甚至對於宇航員生命至關重要的生命保障系統，SpaceX都要直接拿真人來做測試。壓縮測試數量當然能夠降低成本，但由此卻帶來了對宇航員生命的威脅。雖然這份報告對此提出了明確的警示，但目前SpaceX“龍“飛船的載人測試時間表卻未見變化。

在中國載人航天計劃於1992年立項時，根據我們的技術水平和國際經驗，定下了先發展飛船，再發展空間實驗室，最終建成大型空間站的三步走戰略。在二十八年的歷程中，三步走的戰略被連續平穩的貫徹執行了下來，而當第三步戰略已經進入執行階段時，新飛船又開啓了三步走之後的新徵程。對比中美兩國近10年來在載人航天領域的發展情況，我們不難看出，不折騰的一張藍圖繪到底，是我們有可能趕上並超過世界先進水平的一個法寶。