再见，大钟！我国新一代载人飞船重磅亮相，目标直指载人登月

+ 张雪松

未来，也许我们再也看不到这口“大钟”带着航天员返航的画面了。因为，新一代飞船来了！

11月6日，第12届中国国际航空航天博览会在珠海开幕，航展在航空方面出现了大量令人耳目一新的展品和表演，航天方面也不乏亮点，我国新一代载人运载火箭和新一代载人飞船都重磅亮相（图1）。其中，新一代载人飞船作为现有神舟飞船的后继型号，将让中国人在太空走得更远，圆中华民族千年的奔月之梦。

老飞船存在不足

近十几年来，我国载人航天工程取得了辉煌的成就，神舟飞船任务实现了无人到有人、单人到多人，以及出舱和交会对接等关键技术的突破，使我国成为世界上第三个具备独立载人航天能力的国家。我国还研制了天舟系列货运飞船，它不仅试验了自动交会对接，进行了在轨科学实验，还突破了推进剂在轨补加技术，为我国下一步建造载人空间站奠定了坚实的基础。

神舟和天舟飞船为我国载人航天工程的发展立下了汗马功劳，但客观来说，它们启动研制时间较早，设计和技术在今天看来已有些不合时宜。

神舟飞船采用三舱式构型（图2），这来源于苏联。苏联联盟号飞船为三舱构型（图3），其初衷是为了登月任务。为了降低研制难度，返回舱采用直径较小的设计，但即使采用加工复杂的钟形设计以增加内部容积，返回舱的容积仍然不大，这样的返回舱对近地轨道任务还能勉强对付，但用于长时间的登月任务就实在不合适了。于是，为了增加飞船内部加压空间，苏联人灵机一动增加了一个轨道舱。虽然后来登月计划被取消，联盟号飞船只用于近地轨道任务，但增加的轨道舱加大了内部加压空间，提高了航天员的舒适程度，所以仍然被保留下来。我国神舟飞船正是照搬了这样的推进舱、钟型返回舱加轨道舱的三舱式设计。

图1 新一代载人飞船缩比模型亮相珠海航展

到了21世纪，空气动力学和计算能力的进步，让设计大直径返回舱得心应手，美俄都先后展开了相关的研制，返回舱直径增加后也就不在乎钟形设计增加的那点容积了，加工难度较低的倒锥形返回舱便开始大行其道。

倒锥形大直径返回舱加上服务舱的两舱式载人飞船，不仅内部空间大，而且设计简洁便于制造，成为当今载人航天的发展潮流，如俄罗斯研制中的联邦号飞船（图5)，美国研制中的猎户座等飞船（图6）。对比美俄新一代载人飞船，我国神舟飞船的基本设计仍然停留在三十年前，显得有些不合时宜了。美俄新飞船还追求返回舱的重复使用，以降低飞行成本，这也是我国载人飞船需要追赶的目标。货运飞船也是如此，现在除了上行向空间站运货外，下行返回时的货物运载需求也越来越大，而天舟货运飞船并没有下行能力。现有的神舟和天舟飞船都有所不足，研制新一代飞船成为我国载人航天发展的必然需求。

图2 神舟载人飞船示意图，三舱式设计

图3 对接在国际空间站上的联盟号飞船，明显可见三舱式设计

图4 神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室对接示意图，航天员从返回舱、经由轨道舱、进入天宫二号

图5 研制中的俄罗斯联邦号飞船，采用两舱式设计

图6 美国研制中的猎户座飞船（右）、载人龙飞船（中）、CST100飞船（左），均为两舱式设计

新飞船惊艳亮相

我国新一代多用途飞船是一种直径4.5米，长度7.23米，重量14吨的大型两舱式飞船，它的返回舱内部容积可达13立方米。新一代飞船初期将使用现役的长征七号运载火箭发射，支持我国空间站的天地往返运输任务。新一代飞船上行货运能力可达4吨，做为货运飞船使用时下行货运能力可达2.5吨，虽然最大载货量小于天舟飞船，但大运力的下行货运能力却填补了我国载人航天系统的空白。

更重要的是，新一代飞船兼顾载人和货运任务，它同时还将发展出载人飞船型号，替代神舟飞船成为我国的太空出租车，这和美国正在研制的龙二代飞船神似。神舟飞船一次只能运输3人，而新一代飞船直接翻倍、一次能运输6-7人，即使将来天宫号空间站扩容增员，新一代载人飞船的运载能力也绰绰有余。新载人飞船返回时还能携带500千克的货物，真是个多面手。

多用途飞船外形结构与美国的猎户座飞船及俄罗斯的联邦号飞船十分相似。它不仅具备多任务能力，还能满足近地轨道空间站和深空载人任务需求。多用途飞船的寿命也大有提高，它在轨停靠空间站的时间从目前神舟飞船的半年/180天增加到2-3年。另外新飞船的返回舱使用了可重复使用技术，本届航展上展出的缩比返回舱就标示出了可重复使用的金属结构。返回舱重复使用可以降低飞船使用成本和载人航天的运营成本。

图7 2016年6月26日，搭乘长征七号升空的多用途飞船缩比返回舱回收现场，钟型已“变身”成倒锥形

图8 2018年4月进行的新一代飞船气囊缓冲试验

图9 2018年10月在国际宇航大会上公布的中国新一代飞船研制路线图

研制进度快马加鞭

中国航天紧跟国际载人航天发展潮流，新一代多用途飞船的研制早已启动。2014年，官方媒体就提到中国航天正在研制新一代载人飞船，从对中国载人飞船系统总设计师张柏楠的采访报道中可以推测，神舟十号任务后新一代飞船的研制就启动了。这种名为“多用途飞船”的新一代飞船，将是兼顾载人和货运任务的新型号，人员和货物运输能力更强，可以更好地支持空间站的运营。

其实，新一代飞船早已公开亮相。在2016年长征七号火箭首飞时，主载荷正是新一代多用途飞船的缩比返回舱（图7)。此后虽然消息不多，但新一代飞船的研制一直稳步快速推进。2018年4月，媒体传出了新一代飞船返回舱进行气囊着陆缓冲试验的消息（图8），官方消息称返回舱的重量达到7吨级，几乎比得上一艘神舟飞船！2018年10月，在德国不莱梅召开的国际宇航大会上公布了新一代飞船的消息，工程进展程度更加清晰——目前正在进行详细设计，预计明年突破飞船的各项关键技术，2020年完成制造后，2021年就将进行首次飞行试验（图9）！

从目前公布的时间表来看，我国新一代飞船的首飞时间比美国猎户座飞船只晚一年。也就是说，中美载人航天的差距将触手可及！

载人登月不再遥远

新一代载人飞船不仅将成为天宫号空间站的好伙伴，还是中国航天迈向深空的千里马。根据现有报道，新一代载人飞船将分为近地版和登月版，前者重量14吨，后者重量可达20吨，它们的区别在于：登月版将使用更大的服务舱，容纳更多的推进剂，从而提供更多的速度增量，满足载人登月任务的需求。

长征七号火箭发射14吨级近地版新一代飞船还勉强够格，但20吨级的登月版飞船，长征七号实在无能为力。哪怕是运力更大的长征五号B型火箭，也只能将登月版飞船送入近地轨道。因此，我国未来登月飞船将使用刚刚登场亮相的新一代载人火箭发射（图10），它借鉴了猎鹰重型火箭的设计思路，5米直径火箭助推器布置7台YF-100K液氧煤油发动机，无捆绑构型运力可达14吨以上，正好用于发射近地版新一代飞船；3个5米直径火箭助推器并联后，加上新研制的第二级和第三级，便可以将27.5吨的载荷送入地月转移轨道，轻松发射我国20吨级的新一代登月飞船。

从现有新闻分析，未来我国将使用新一代载人火箭发射新一代载人飞船，统筹近地空间站运营和载人登月任务。随着新一代火箭尤其是载人飞船的研制和服役，中国将在不远的将来实现载人登月的梦想，有望成为继美国之后第二个具备独立载人登月能力的国家。

图10 新一代载人火箭亮相2018珠海航展