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八千度高溫燒不壞!新飛船核心材料領跑全球,兩大工程將會師月球

近日,被譽為「神舟後裔」的新一代載人飛船試驗船亮相為中國航天超級2020又添上了濃墨重彩的一筆,根據央視公開數據顯示,新飛船長8.8米、直徑4.5米、重21.6噸,就體量而言幾乎是神舟載人飛船的3倍,同時載員人數也由3人升級為6人。

為什麼新飛船要造得這麼大?因為中國航天人習慣了只做不說,如此量級的飛船很明顯不是為了近地軌道任務,根據此前公開渠道信息顯示,新一代載人飛船分為14噸與20噸兩種量級,前者服務近地軌道任務,後者服務深空軌道任務,例如載人登月、載人登小行星、載人登火星等。

新飛船首次亮相就是20噸級體格,很明顯該項目從啟動鎖定的就是載人登月任務目標,而不是近地軌道往返空間站任務,因此可以將其視為新一代載人登月飛船試驗船。

新一代載人登月飛船試驗船將在文昌航天發射場由長征五號B型運載火箭發射升空,預定軌道高度達到了罕見的八千公里,與之相比國際空間站、聯盟載人飛船、神舟載人飛船等載人航天器運行軌道大多在400公里高度左右。新飛船之所以要飛得這麼高這麼遠,為的就是驗證接近第二宇宙速度返回地球再入大氣層能力,而這也是載人登月任務的必備技能之一。

大多數衛星都是無高等級隔熱防護的航天器,它們一旦墜入大氣層,會與大氣產生劇烈摩擦燒蝕,其最終結局是全身上下大部分被直接氣化,僅有少量零部件墜落地球。

而載人飛船、返回式衛星為代表的航天器都有返回艙配置,返回艙在執行完任務後再入大氣層返回地球,它能夠抵禦與其再入速度相匹配的燒蝕溫度。例如,神舟載人飛船可以抵禦最高溫度達2000攝氏度左右的高溫燒蝕,達到了過去那一時期的全球領先水平。

隨著軌道距離的增加再入返回速度也會越來越大,對應的燒蝕溫度也就越高,除此之外航天器尺寸越大研製難度也就越高,例如,新一代載人飛船返回艙大底直徑達到了4.5米,比神舟載人飛船返回艙大底直徑多出了整整兩米。

我國新一代載人登月飛船試驗船就項目進度而言遠遠領先於俄羅斯,即便與美國獵戶座載人登月飛船相比也是平分秋色,就完全體入軌發射任務而言,我們是全球第一家。

之所以敢於邁出如此之大的步子,是因為一系列新技術的突破掌握讓我們更有底氣。與神舟飛船相比,新一代載人飛船返回艙不再採用俄式鐘形返回艙氣動外形,而是全新的倒錐體,返回艙隔熱設計也有巨大變化,神舟返回艙採用金屬結構與防熱材料一體成型工藝,完成一次任務後就無法重複使用,而新一代載人登月飛船返回艙則是可拆卸隔熱瓦設計。

據航天科技集團第五研究院新飛船總體主任設計師楊慶介紹,新飛船隔熱材料單位重量是神舟的三分之一,但隔熱能力卻是神舟的四倍。神舟返回艙最大可以抗2000攝氏度高溫燒蝕,這意味著新一代載人飛船可以抵抗高達八千攝氏度的高溫燒蝕,完全能夠滿足第二宇宙速度再入返回條件。

新一代載人飛船返回艙大底看上去非常光滑,但事實上它的表面是由數十萬個直徑幾毫米的蜂窩結構組成,美國獵戶座載人登月飛船返回艙也是如此設計,但兩家成型工藝完全不同,美國是一圈人圍著返回艙大底一個一個蜂窩人工灌注防熱材料,而我們則是使用熱壓罐設備進行自動灌注。

事實上我國早在五年多前就實施過一次第二宇宙速度再入返回地球的航天發射任務,就是嫦娥五號T1試驗器,它屬於嫦娥探月三期先導項目,由東方紅三號衛星平台加上一個探月三期返回艙組成,於2014年10月24日2時在西昌衛星發射中心由長征三號丙運載火箭發射升空。

嫦娥五號T1試驗器抵達月球軌道後制動變軌進入月地返回軌道,在第二宇宙速度條件下,探月三期返回艙以跳躍式彈道最終成功著陸於內蒙古四子王旗預定著陸場,任務結果表明我們完全有能力滿足無人月球採樣返回、載人登月所需的防熱材料製備技術。

嫦娥探月工程與載人航天工程目前都已經到了一個階段性收官的歷史節點,天宮空間站明年年初就要開始籌備天和號核心艙發射,今年嫦娥五號月球採樣返回更是嫦娥探月三期工程的收官之作,這表明載人登月工程已經到了開始全力推進的歷史關口

一艘完整的載人登月飛船還需要載人登月器,早在前年載人航天辦公室就面向全社會徵集登月器設計方案,在嫦娥三號/四號連續成功登月技術基礎上,我們完全有能力研製出一款性能先進可靠的載人登月器。

新一代載人飛船是載人航天工程向縱深發展的生力軍,而嫦娥三號/四號/五號為代表的登月技術則是探月工程的發展結晶,兩大工程將於十年內實現在月球表面的勝利大會師,並以此為契機重塑世界航天力量新格局。

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