我國新一代載人飛船及其研製進展（載人飛船系統總設計師張柏楠綜述）

中國空間技術研究院張柏楠、楊慶等在《科學通報》發表了題爲“我國新一代載人飛船及其研製進展”的綜述文章，介紹了我國新一代載人飛船的研製需求、初步方案、技術特點、研製進展、後續研製工作及需要解決的科學技術問題。

自1961年蘇聯東方號宇宙飛船第一次將人類送入太空以來，經過半個多世紀的發展，人類已經基本掌握了近地空間的長期生存技術。載人航天后續發展將主要有兩大方向：一是拓展在軌服務、科學研究等應用，體現載人航天的應用價值；二是瞄準更遠的目的地，拓展人類太空生存空間。

載人天地往返運輸能力是體現一個國家自由進出空間的水平，是衡量一個國家載人航天能力的標誌。目前，世界上已經過多次載人飛行、技術狀態已成熟的天地往返載人航天器只有俄羅斯的聯盟飛船和中國的神舟飛船。自2011年美國航天飛機退役以後，國際載人天地往返運輸領域進入了更新換代的高潮時期，美俄等國都在加緊研製新一代載人飛船，美國在近年成功開展了載人龍飛船兩次載人飛行試驗。我國根據載人航天后續發展需求，立足我國國情，也開展了新一代載人飛船研製，並開展了相關飛行試驗及先期技術驗證。

我國新一代載人飛船的研製需求

我國的神舟飛船在高可靠、高安全的設計思想指導下，成功經過12次飛行，先後將12名（17人次）航天員順利送入太空並安全返回，已發展成爲標準的載人天地往返運輸飛行器，並服務於我國載人空間站建造任務。在當前背景下，我國還需研製新一代載人飛船，主要有以下幾個方面需求：

開展載人登月等載人深空探測任務的需要；

提升我國空間站運營效能的需要；

降低天地往返運輸成本的需要；

天地往返運輸技術持續發展的需要。

初步方案

我國新一代載人飛船初步構型設想

新一代載人飛船將配置結構機構、姿軌控、回收着陸、能源、信息管理、載人環境控制等功能，初步方案如下：

返回艙構型爲全新的鈍頭體，相比神舟飛船返回艙，新一代載人飛船返回艙具有更大的升阻比。

返回艙推進系統使用單組元無毒推進劑，相比神舟飛船返回艙使用的有毒單組元無水肼推進劑，消除了危險源，提高了航天員安全性，並有利於實現推進系統重複使用。

利用羣傘進行減速回收，以適應新一代載人飛船返回艙重量規模相比神舟飛船返回艙大幅提升的回收任務需求。

安裝高承載太陽電池翼以實現陽照區發電，使用比神舟飛船更高的高發電效率電池片技術；配備高比能量的電池，實現陰影區儲能和供電。

考慮採用時間觸發以太網（TTE）進行數據傳輸，配置通用高性能計算機完成高速計算任務，採集執行設備按照模塊化設計，實現整船數據管理和功能高可靠、高效率融合。

應用相變傳熱、熱管、高性能塗層等最新熱控技術，實現熱量綜合利用，優化熱控系統方案。

應用固定式智能交互、便攜式人機交互等先進技術，爲航天員提供智能、友好的人機交互環境。

基於虛擬仿真技術（VR）開展艙內空間視覺環境設計以及個人衛生、就餐、工作和存儲等設計，按照智能家居理念開展照明、娛樂、通訊和通風等智能控制設計，提供界面友好、舒適便捷的人居環境。

主要技術特點

新一代載人飛船具有以下技術特點：

(1) 通過模塊化設計，以適應多任務需求。

(2) 按照重複使用設計，降低研製及運營成本。

(3) 融入宜居環境設計理念，提高乘員舒適度。

(4) 集成了衆多先進技術，可全面提升飛船整體性能。

研製進展

根據新一代載人飛船初步方案，研究者充分利用我國新型火箭首飛機會，策劃並組織開展了兩次搭載飛行試驗，對新一代載人飛船高速載入返回相關關鍵技術進行驗證，爲新一代載人飛船研製奠定了基礎：

縮比返回艙飛行試驗。爲獲取返回艙新外形的氣動特性參數，驗證新一代載人飛船返回艙氣動構型設計與驗證關鍵技術，利用長征七號運載火箭首飛機會，研製了縮比返回艙，開展了搭載飛行試驗。

新一代載人飛船試驗船飛行試驗。在確定返回艙新氣動外形後，爲驗證新一代載人飛船高速再入返回防熱、控制和羣傘回收相關關鍵技術，利用長征五號運載火箭首飛機會，研製了新一代載人飛船試驗船，開展了搭載飛行試驗。

新一代載人飛船試驗船在軌飛行軌道示意圖

後續工作

新一代載人飛船後續工作主要爲：

開展方案深化論證與詳細設計，支撐形成功能完備的總體方案；

圍繞提升飛行器設計管理水平，開展一體化設計、基於模型的系統工程方法（MBSE）應用等研究；

根據型號工程研製要求，解決相關科學技術問題。

前期雖然通過技術攻關及飛行試驗，突破了制約工程研製的高速載入返回相關關鍵技術，但隨着方案研究的逐步深入，相關科學技術問題仍需進一步開展研究，主要包括以下方面：

結構輕量化設計與分析研究；

可重複使用技術體系研究；

防熱材料燒蝕機理研究；

返回艙氣動力熱特性研究；

高速載入返回技術研究；

着陸及着水過程力學載荷特性分析研究。

新一代載人飛船是瞄準我國載人航天后續發展而論證的新一代天地往返運輸系統。通過縮比返回艙和新一代載人飛船試驗船兩次飛行試驗，突破了新一代載人飛船的相關關鍵技術，爲新一代載人飛船研製奠定了堅實基礎。後續將根據任務需求，儘快完善和研製新一代載人飛船，推動我國的載人航天技術水平全面提升。

END

原文信息

張柏楠, 楊慶, 楊雷, 馬曉兵, 黃震. 我國新一代載人飛船及其研製進展. 科學通報66(32), 4065-4073 (2021), https://doi.org/10.1360/TB-2021-0228（“閱讀原文”直達）

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