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新一代载人飞船试验船

新一代载人飞船试验船,是面向中国空间站运营及未来载人探月需求而研发的新一代天地往返运输器,全长8.8米,发射质量21.6吨,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,主要用于验证气动热防护、再入控制和群伞减速回收等关键技术。

2020年5月5日,搭载新一代载人飞船试验船的长征五号B运载火箭首次飞行任务取得成功。5月8日13时49分,新一代载人飞船试验船返回舱东风着陆场预定区域成功着陆。试验船在轨飞行2天19小时,完成了多项空间科学实验和技术试验,验证了新一代载人飞船高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术。

飞船参数

新一代载人飞船试验船是为中国近地空间站运营和后续载人月球探测等任务研制,全长8.8米,发射质量21.6吨,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,采用两舱式构型,由返回舱与服务舱组成。具有容积大、密封性好、舱内视野遮挡少等特点。主要用于验证气动热防护、再入控制和群伞减速回收等关键技术。

试验进程

成功发射

2020年1月20日,中国载人航天工程办公室透露,空间站核心舱初样产品和新一代载人飞船试验船,经过大约一周的海陆运输,已先后安全运抵文昌航天发射场,将分别参加长征五号B运载火箭发射场合练及首飞任务,标志着中国空间站在轨建造任务即将拉开序幕。

2020年5月5日晚,长征五号B运载火箭首次飞行任务取得圆满成功。在随后召开的长征五号B运载火箭首次飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程办公室主任助理季启明表示,为充分发挥首飞任务的综合效益,火箭搭载了新一代载人飞船试验船、柔性充气式货物返回舱试验舱,以及10余项实验载荷。

任务进行

2020年5月5日约18时08分,船箭正常分离,随后完成飞行姿态建立、太阳电池翼展开并跟踪太阳、中继天线展开,建立通信链路等平台功能初始化工作。

截至5月7日,试验船共按计划完成了7次轨道控制,将轨道抬升至远地点为8000公里左右的轨道。非变轨期间开展了泄漏碰撞检测系统试验、时间触发以太网控制电子试验、空间3D打印系统试验等多项载荷试验。任务期间,试验船姿态稳定,供电、测控联络均正常,整船状态良好。

5月8日,试验船开始返回制动,完成服返分离、建立返回姿态等动作,返回舱再入大气层。担负试验船返回舱搜索回收任务的东风着陆场各系统制定60多种航天搜索处置预案,等待新一代载人飞船试验船返回。

成功着陆

2020年5月8日12时21分,北京航天飞行控制中心控制试验船完成返回制动,进入返回轨道。13时33分,服务舱与返回舱成功分离。13时49分,试验船返回舱安全着陆。搜救分队第一时间发现目标并到达着陆现场开展处置,经现场确认,舱体结构完好。

搭载项目

技术试验

1.空间液体润滑材料摩擦学行为研究实验

试验船上搭载了一个“材料摩擦行为实验装置”,以空间站运动机构所使用的液体和固液复合润滑材料为研究对象,在轨验证了在微重力环境下对不同表面形貌和不同功能化表面的润湿行为,以及在摩擦化学作用下形成摩擦产物的爬行、迁移规律,为高可靠、长寿命空间润滑系统研制提供理论指导,也可为空间站长期在轨运行故障分析和诊断提供基础数据。

2.宽量程多精度空间微重力加速度测量技术试验

在微重力环境下开展宽量程、宽频段和多分辨率三种不同类型的加速度测量技术试验,验证空间站高微重力实验柜悬浮实验系统和流体物理实验柜主动隔振系统中关键的加速度测量模块功能性能,确保正式产品满足任务要求,同时也为未来空间高精度微重力测量提供技术储备。

3.时间触发控制电子系统试验

采用新一代综合电子信息体系结构设计,通过飞行试验,验证了系统在空间环境下的适应性,以及全局时序分配、分时分区数据流调度、大容量数据高安全高可靠传输等,为新一代载人飞船等新型航天器电气系统研制提供技术和数据积累。

4.泄漏碰撞检测系统试验

通过对新一代载人飞船试验船舱壁结构内声信号本底进行采集,以及对模拟碰撞及泄漏声发射信号检测,验证载人航天器在轨泄漏及碰撞定位算法,以及声传感器和泄漏碰撞检测仪在轨工作性能,为后续载人航天器在轨泄漏及碰撞定位提供技术储备。

5.光纤光栅传感系统试验

通过布设在新一代载人飞船试验船内的温度、应变两种光纤光栅传感器,获取真实飞行环境下试验船的温度、应变等状态,验证光纤光栅传感器应用于航天器状态监测的可行性,为飞船结构优化设计提供基础数据。

6.金属/陶瓷材料在轨高精度成型实验

该次实验针对太空失重环境配制亚微米级精细软物质材料(金属陶瓷材料),通过调整其流变性能,在轨完成对材料形态的精确控制,实现首次空间高精度(表面粗糙度0.2um)立体光刻增材制造技术验证。

7.基于金属3D打印技术的立方星部署器

该次飞行验证了立方星3D打印新型部署器的结构强度、材料性能和空间环境适应性,为“3D打印+航天”的大规模应用和未来空间站在轨释放、机动部署微纳卫星提供了数据,储备了技术。

8.微生物采油菌种搭载实验

试验船搭载了华东理工大学的微生物采油菌种。利用太空极端环境对原始野生菌株进行诱变,有望获得特异性强、性能更加突出、有工业应用价值的突变菌株。

实验类项目

试验船中还安排了航天育种、空间生物等相关实验类项目75个。既有来自云南省宁夏回族自治区等与中国载人航天工程办公室具有战略合作关系的地方政府项目,也有由中国航天科工集团有限公司育种产业创新联盟推荐的特色项目。涵盖农作物、林草花卉、中草药种子和生物菌种实验装置,还有对基础研究具有重要科学价值的模式植物和模式动物实验样本,搭载样本总数达988件(份)。

七大技术

1.首次采用的国际上推力最大的单组元无毒发动机成功完成首秀

该发动机使用的HAN推进剂具有无毒、无污染、低冰点、密度大、比冲高和使用维护成本低等优点,后续将全面替代现有推进剂,进一步提高航天员的安全性。

2.首次采用的中原地区国内目前空间飞行器用的最大容积表面张力贮箱表现完美

这一贮箱采用铝合金内衬+复合材料缠绕结构,装载量更多,能为试验船提供更大的轨道机动能力。在轨飞行期间,试验船轻松完成了多次变轨,进入了大椭圆轨道,为大再入角高速再入返回创造了充分条件。

3.更加全面的综合电子系统不负所托

任务过程中,该系统出色完成了整船总线管理、时间系统管理、数据存储、触点信号处理,以及热控管理等功能,让飞船的运行更高效。

4.更加智能的自主轨控技术发挥出色

在轨运行期间,姿控发动机进行姿态控制,保持了三轴对地姿态以及变轨和制动期间的姿态稳定性;轨控发动机实现多次变轨,并成功执行返回制动,精准操控着试验船完成航天

5.首次采用的新型防热结构与材料经受考验

整个防热结构在重量同比降低超过30%的基础上,保持了极高的防热效率。采用的新型轻质防热材料不仅承受住了再入返回过程中上千度的高温烧蚀,守护了返回舱的安全。而且防热结构首次采用可拆卸更换设计,能够有效提高可重复使用率。返回后只需进行一次“体检”,更换一套新的防热结构,返回舱就又能投入下一次任务。

6.首次采用的群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术护航回家路

返回舱进入大气层,到达指定高度后,2具阻力伞和3具主伞依次打开,成功将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”;落地之前,6个气囊充气打开,帮助舱体平稳“软着陆”,最大程度保证了返回舱的安全、完整回收。

7.量身定制的在轨数据采集工具系统为未来研制提供科学支撑

任务期间,该系统通过多种传感器网络,获取了船箭分离冲击载荷,以及运载发射、在轨飞行和返回着陆过程的载荷环境;通过测量返回舱大底和侧壁表面特征点的压力和温度,获取了返回舱高速再入过程的气动力和热特性参数。这些宝贵数据都将为新飞船后继型号研制优化提供重要参考。

三大亮点

1.载人登月、深空载人探测的座驾

新飞船可送航天员往返离地球近400公里的空间站,实现38万公里外的载人登月,甚至去更远的星球探险。新一代飞船解决的是如何更安全、更舒适、更智能、更经济地进入太空,开展更远距离深空探测的难题。新一代载人飞船是一型“客货两用”飞船。

2.设娱乐区、独立卫生区,太空生活更舒适

未来新飞船在执行近地轨道任务时,可以一次运送6-7名航天员。新一代载人飞船是两舱构成的:返回舱是整船的指令中心,也是航天员生活居住的地方;服务舱提供动力和能源。返回舱内设置了工作区、娱乐区、餐饮区以及独立卫生区,还配置了生活娱乐大屏,供航天员休闲娱乐;穿戴式显示仪表可以让航天员时刻了解新飞船的健康状况。

3.返回舱可重复使用,采用气囊实现着陆缓冲

舱内的星敏感器、计算机等高价值的设备,经过优化设计,由服务舱调整至返回舱安装,这样就可以随返回舱返回,进行回收利用。

参考资料

我国新一代载人飞船试验船将于8日返回.中国政府网.2023-05-29

中国空间站在轨建造任务即将启幕.今日头条.2023-05-29

长征五号B运载火箭首次飞行任务取得圆满成功.今日头条.2023-05-29

我国新一代载人飞船试验船返回舱成功着陆 试验取得圆满成功.中国政府网.2023-05-29

中国新一代载人飞船试验船成功返回.国家航天局.2023-05-29

航天科技:三舱变两舱 3000℃高温烧不坏 变轨全部自主完成.国务院国资委.2023-12-14

新一代载人飞船试验船运抵文昌发射场.今日头条.2023-05-29

中国空间站核心舱初样产品和新一代载人飞船试验船运抵文昌.今日头条.2023-05-29

我国新一代载人飞船试验船将于8日返回.今日头条.2023-05-29

我国新一代载人飞船试验船成功返回.国务院国资委.2023-05-29

东风着陆场做好准备迎接新一代载人飞船试验船返回舱归来.中国政府网.2023-05-29

试验船上太空带了啥?解读新一代载人飞船试验船搭载项目.大河网.2023-05-29

中国新一代载人飞船试验船验证7大关键技术 铺就太空新“天路”.今日头条.2023-05-29

新一代载人飞船试验船首飞,可运送6-7名航天员.今日头条.2023-05-29