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长征五号B首飞成功——走向深空的最后一把钥匙

  去年年底“长征五号”遥三运载火箭复飞成功的欢呼声犹在耳畔,我们又迎来了“长征五号B”运载火箭。在逐渐远去的轰鸣声中,长征五号B遥一运载火箭将新一代载人飞船试验船送上了太空。

  

  来源:江程杰

  长征五号B与长征五号相比,有哪些区别?

  关于“长征五号B”最基本的各项参数,包括主动力,燃料等在这里不一一赘述了。作为“长征五号”现行仅有的两款构型之一,“长征五号B”的目标轨道为近地轨道,主要用于发射空间站的各个舱段,与“长征五号”的同步转移轨道的目标轨道存在着较为明显的区别。

  既然任务需求变了,那么火箭结构也会随之发生改变。“长征五号B”去掉了“长征五号”的第二级,同时由于存在发射17米左右长度的空间站舱段的需求,其整流罩也进一步拉长,达到了惊人的20.5米。如果用它来搭雨棚,一定能坐下很多人……

  

  在重庆东部山区的整流罩被村民改为雨棚,网友笑称其为全球最贵雨棚(图片来源于网友,侵删)

  新一代载人飞船真身亮相,和“神舟”有何不同?

  同样值得好好讲的是此次发射任务的主要载荷——我国新一代载人飞船的试验船。

  这个飞船我们也不陌生,早在4年前“长征七号”首飞的时候,这个飞船返回舱的缩比模型就作为主要载荷之一送上了天,在轨测试后再入大气层,最终安然着陆。

  四年后的今天,这个飞船的真身也终于走到了台前。它的质量大于20吨,已经超过了13吨重的“天舟一号”货运飞船,再次刷新了我国载荷投送质量的纪录,同时其将在远地点8000km的轨道上运行一段时间,测试各项指标后再入大气层,它也将是我国除了2014年发射的“嫦娥五号T1”飞行试验器之外,再入大气层时速度最快的航天器。

  飞船在高速状态下进入大气层,将经受住数千度高温的烧蚀与数个重力加速度的过载,能不能最终实现安全的再入返回,是此次实验要解答的最重要的问题。尽管几经磨难,火箭部分已经成功,但对于新型飞船的考验才刚刚开始,我们依然需要继续密切关注。

  和“神舟”飞船相比,新型飞船有以下几点不同。

  1.放弃轨道舱,改为两个舱段

  大家很容易就能注意到,新型飞船的一大特点就是放弃了轨道舱,只有 “指令舱-服务舱”两个舱段,且指令舱的外形呈锥形,更类似于美式的“阿波罗”飞船的布局。

  而我国现役“神舟”飞船的“轨道舱-返回舱-推进舱”三舱布局则与“联盟号”类似,有着非常浓厚的苏式风格。不过,“神舟”飞船的轨道舱具有独立在轨运行的能力,这是“联盟号”所无法实现的。这种设计背后的原因说来也让人叹息——由于我国在很长一段时间内并没有一个能够长期运行的空间站或空间实验室,大量的在轨运行实验不得不需要在轨道舱内进行。即便在“天宫一号”、“天宫二号”两个空间实验室运行的时候,这样的空间实验需求仍然难以得到满足。

  但很快,这样“螺蛳壳里作道场”的无奈的场面就要画上句号了。

  随着“长征五号B”运载火箭的发射成功,我国的空间站计划也将继续推进。在得到了扩容之后,我们“五舱一镜”的布局将拉开我国向太空大举进发的帷幕。相对宽敞的内部空间,标准化的实验机柜,将让我们对于空间环境及其效应的认识得到极大的丰富。

  不过即便如此,这次的无人飞船试验,我相信里面还是会装满来自我国各个高校、科研院所的实验设备,中轨道的宇宙辐射、低重力特性将为我们进一步认识空间环境提供优良的实验环境。

  2. 底部直径扩大,容积提升

  没了轨道舱,底部直径扩大到了4.2米,新型飞船的容积也将得到进一步提升。“神舟”飞船返回舱的容积仅仅为6立方米,最多搭载三人,刨去必要的子系统,可以说是挤作一团;而新型飞船的指令舱的容积则翻了一倍,达到了13立方米,一次可以运送6-7人,在仅搭载3人的半人半货模式下还能输送500千克物资,这不仅可以让航天员们能够更加舒适地开展太空任务,在飞行途中不感到过于压抑,而且飞船在返回地面的时候,还能将大量的空间实验样品下行运输。在地面充足、完备的研究中心内,我们能够对实验样品得到更加细致的研究,获得更加深刻的认识。

  3. 吨位变大,可胜任多种载人飞行任务

  体型变大了,吨位也随之变大,新型飞船仅指令舱就达到了7吨,已经逼近“神舟”飞船整船8吨的质量。加上了服务舱后,新型飞船的总质量将达到14吨(近地任务)或20余吨(月球任务),通过搭配不同尺寸的的服务舱,飞船可以胜任多种载人飞行任务。可以说,此次载人飞船的试验如果成功,我们离“上九天揽月”的目标更近了一步。而如此大质量的指令舱,在它接近着陆的时候,一个降落伞已经无法满足减速需求,因此需要开多个伞。这些降落伞的尺寸巨大,伞绳极长,一旦发生纠缠,将面临船毁人亡的悲惨下场。如何保证各个降落伞之间不发生冲突,完全打开,令飞船安全着陆,考验着设计人员们的水平。而这也是此次无人飞船实验的重点之一。此外,指令舱内置的气囊将在触地前释放,比起“神舟”返回舱内的反冲火箭式设计而言,航天员落地瞬间的冲击也将更小,更进一步减少航天员受伤的可能,此外,气囊的设计也将让返回舱降落在海面上回收成为可能。

  4. 可回收利用,成本大幅下降

  除此之外,新型载人飞船也有其他的亮点。

  如今,人类的航天事业已经不满足于“有没有”的问题,开始解决“便不便宜”的问题。回收利用飞行器已然成为了大量降低成本的选择。新型飞船也不例外,它也考虑了回收利用的情形。飞船指令舱核心筒外围的隔热材料是可更换的。此前“神舟”飞船的返回舱,其隔热材料牢牢地填充在返回舱壳体外部,浑为一体。隔热材料经过烧蚀之后,返回舱也不能再次使用。新型飞船的可更换式隔热材料的设计,理论上可以保证飞船重复利用10次,大幅减少天地飞行成本。

  属于我们的未来

  历经近30年的发展,自1992年载人航天工程启动开始至今,我们见证了“神舟”系列的辉煌,我们忘不了那一幕幕令人动容的瞬间。1999年“神舟一号”首飞,2003年“神舟五号”圆了国人首个飞天梦,2008年“神舟七号”让中国人迈步太空,2012年“神舟九号”向世人展示了我国女性的风采,2016年“神舟十一号”刷新了中国人在太空生存的纪录,演练了在太空较为长期的生活。

  如今,“长征五号B”型运载火箭将带着新型飞船以及空间站,开启一段全新的旅程。下一个30年,我们将乘着先进的飞船,在空间站中继续求索,追寻奥秘。或许再下一个30年,我们的孩子们,将在月球的基地上讲述那持续了数千年的飞天梦。

  虽然生活总是充满挑战,让我们肩头时不时压上重担,但我们依旧需要抬头看看天空,因为那是属于我们的未来。如果能给这飞船起个名字,我希望是——曙光。  

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