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成功属于我们！2020年5月5日18时，中国文昌航天发射场，长征五号B运载火箭点火升空，将新一代载人飞船试验船等载荷的组合体送入预定轨道，实现空间站阶段飞行任务首战告捷，拉开我国载人航天工程“第三步”任务序幕。
（题图：宿东/摄。图片来源：中国航天科技集团）
点火瞬间 高一鸣/摄图片来源：中国航天科技集团
去年12月27日，我国目前起飞规模最大、技术跨度最大、运载能力最大的大型运载火箭——长征5号于海南文昌发射场发射升空。“胖五”的成功归来，意味着我国具备发射更重的航天器或将航天器送向更远的深空的能力，更意味着新一代载人飞船试验船的发射、“天问”一号火星飞船、“嫦娥”五号探测器也将于今年纷纷发射亮相。
陈肖/摄今天就是新一代载人飞船试验船发射成功的好日子！新一代载人飞船试验船肩负的使命重大——该飞船将验证第二宇宙速度再入返回能力，服务载人登月工程，发射新一代载人飞船试验船的长征五号B火箭则将首次验证20吨级近地轨道运力，为天宫空间站发射天和号核心舱做准备。
长征五号B运载火箭总长53.7米，起飞重量837.5吨，近地轨道运载能力大于22吨，是我国近地轨道运载能力最大的火箭。曲以广说，从外观来看，它与普通长征五号火箭没有太大区别，最明显的特点，是一个超过20米长的大型整流罩将火箭二级部分完全覆盖。
陈肖/摄
新一代载人飞船试验船
新一代载人飞船返回舱今天我们来重点聊聊载人飞船。
美、俄载人飞船试验
美、俄这两个航天大国为了在竞争日趋激烈的空间开发利用中获得更强大的天地往返运输与载人深空探测能力，都开始了新一代载人飞船的研制工作。作为后起之秀，中国自然不甘落后于载人飞船更新换代的浪潮，为了我国载人航天事业的后续发展，研发新一代载人飞船势在必行。
经验丰富的美、俄两国，是我国在新一代载人飞船这一课题上最好的老师，这两个国家在新一代飞船的研发上的经验、教训以及取舍，非常值得我们学习借鉴。
作为最早实现载人航天的国家，俄罗斯早在上世纪90年代就已经开展了新一代载人飞船的研制工作。由于“快帆”飞船整个项目技术复杂，研制难度大，再加上缺乏资金，项目最终在2006年宣布结束，俄罗斯转而开发PPTS载人飞船。
PPTS飞船也被称作“罗斯”（Rus）号飞船，由能源火箭航天集团进行研制，也以替换“联盟”飞船为研制目标，既可以往返于地面与近地轨道，也可以支持月球以及载人深空探测，能够适应第二宇宙速度再入，载员数量4～6人。PPTS放弃了“联盟”飞船使用了半个世纪的“轨道-返回-服务”经典三舱布局，转而选择了“返回舱-服务舱”两舱布局。飞船也不再采用“联盟”飞船那种钟形返回舱，而改用锥形返回舱，其直径达到了4.4米，远超“联盟”系列飞船的2.7米，舱内容积增加到了17立方米，超过了“联盟”飞船轨道舱与返回舱容积的总和。由于PPTS飞船的返回舱要求能够重复使用，因此对着陆冲击的要求比“联盟”飞船更为苛刻。为了减小着陆冲击，设计人员最初在返回模式上选择了动力下降模式，也就是不依靠降落伞，而是依靠返回舱的发动机减速，最后以较低的速度落地。但这种方式需要返回舱携带动力减速所需的燃料，会压缩返回舱返回时可携带的载荷质量，因此设计人员将传统的伞降模式和动力下降模式结合起来，先通过降落伞减速并稳定姿态，在距地面一定高度上切断降落伞，利用发动机控制返回舱速度，最终着陆。为了进一步吸收着陆冲击，保证飞船在最后接地阶段的安全，设计人员不惜增加再入阶段的风险，直接在防热大底上安装活动舱盖，使四个安装在防热大底之后的折叠着陆缓冲支架可以伸出。
“联盟”号飞船仅能搭载3名宇航员，且空间十分狭窄，满载时乘员几乎无法活动。PPTS飞船的舱内布置、装饰也专门经过精心的工业设计，布局简洁清晰，配色干净舒适，设备先进现代，俄罗斯之前载人飞船、空间站特有的那种粗犷、杂乱的风格不再，让人耳目一新。据说如此设计可以让航天员更加放松，不至于在枯燥的太空飞行中赶到疲惫。座舱内甚至设置了一个卫生间，堪称有史以来最为豪华的载人飞船了。俄罗斯这个战斗的民族的艺术天赋在PPTS飞船上得到了充分的体现。
由能源火箭航天集团进行研制的PPTS飞船采用两舱布局，其内饰与“联盟”号相比简介数倍。图中右侧为PPTS飞船的厕所，其空间利用十分充分。作为俄罗斯的老对手、冷战时期太空竞赛的最终胜利者，美国的新一代载人飞船的研发可以说是磕磕绊绊。2003年哥伦比亚号航天飞机失事之后，航天飞机安全性与运营成本的问题日益凸显，美国国内要求航天飞机退役的声音日益高涨。2004年，时任美国总统小布什提出了“新太空探索计划”，计划包括研制下一代航天器、重返月球乃至登陆火星。2006年，美国国家航空航天局（NASA）根据“新太空探索计划”制订了“重返月球”计划，后来更名为“星座计划”，主要描绘了本世纪美国探索月球的整体框架和目标，其核心目标是在月球上建立永久基地，并以此为跳板，为登陆火星乃至探索更遥远的太空做准备。作为这一计划重要的一环，“猎户座”载人飞船的研发被提上了日程。
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按照星座计划的要求，“猎户座”载人飞船既可以执行近地轨道的天地往返运输任务，也可以执行有关月球、火星、小行星的深空任务，具有极高的任务弹性，但是也导致研发难度的加大。为了降低研发风险，“猎户座”飞船的研制方洛克希德马丁公司在飞船的总体布局上决定继续沿用经过“阿波罗”飞船验证过的成熟构型，即锥形指令舱（也就是俄罗斯和中国的载人飞船上的返回舱，命名方式不同）以及“指令-服务”两舱布局，但指令舱直径从“阿波罗”飞船的4米增加到了5米，内部容积增加，近地轨道任务情况下最多可以搭乘6名航天员，正好是国际空间站一个远征组的人数，而在月球、深空探测任务中可以最多搭乘4名航天员。返回方式也回归传统的降落伞减速着陆，在最初的方案里还一改美国载人飞船海上回收的惯例，利用气囊减震陆上着陆回收，不过后期因为着陆缓冲气囊超重，最终改回了海上回收。
“猎户座”作为美国新一代载人飞船，将担任航天飞机退役后美国的载人航天载具。其6座设计与俄罗斯的PPTS飞船颇为相似。美国有将近四十年的时间没有研发过载人飞船，因此“猎户座”飞船的研制过程中遇到了很多问题，然而对项目影响最大的问题却出现在研制工作之外。美国国会很多议员认为“星座计划”所提出的重返月球的目标不具有开拓性与划时代的意义，纯粹是花钱重复前人已经做过的事情。对于“星座计划”的不满加上当时全球金融危机对美国经济造成的严重打击，使得美国国会批准给美国国家航空航天局的预算日趋减少。但“星座计划”却是一个实打实的烧钱大户，随着计划的推进，资金需求越来越大。终于在2010年，奥巴马政府决定终止“星座计划”，取而代之的是一个更加经济的新太空计划。在这个新计划中，来自“星座计划”的“猎户座”载人飞船经过美国国家航空航天局的争取得到了保留，但是不再负责近地轨道天地往返运输任务，而是专注于针对火星、小行星的深空载人任务。“星座计划”中用来发射月球登陆器的“战神”五号也摇身一变成为太空发射系统（SLS）继续研发，日后将负责“猎户座”飞船的发射。而近地轨道的任务则通过商业乘员运输能力（CCtCap）计划承包给近几年兴起的商业航天公司。
2013年11月，美国国家航空航天局发布了商业乘员运输能力计划征求建议书，希望在2014年9月前授出一份或多份CCtCap合同，在2017年底前恢复从美国本土将航天员送往国际空间站的能力。去年9月份，美国国家航空航天局宣布波音公司的CST-100载人飞船与SpaceX公司的Dragon V2载人飞船赢得合同，两家公司将在四年内执行共八次前往国际空间站的任务，每家公司至少执行两次任务，每次任务至少要搭乘4名航天员。CST-100飞船也采用锥形指令舱，其大小介于阿波罗飞船与猎户座飞船之间，最多可以搭乘6名宇航员，飞船的动力与能源由指令舱后的圆柱形服务舱提供。Dragon V2飞船也拥有两个舱体，只不过动力与能源系统和座舱集成在一起构成可返回舱段，座舱内最多可乘坐7名航天员。可返回舱段后方的圆柱形舱段只是一个表面贴满太阳能电池板以及几片气动翼的非加压壳体，这一舱段内可以装载载荷，这也让Dragon V2飞船成为目前新一代载人飞船中唯一能够装载非加压载荷的飞船，在一定程度上还原了航天飞机的货运功能。由于只是负责近地轨道运输任务，所以两型飞船不需要像PPTS与“猎户座”那样为适应第二宇宙速度再入进行有针对性的设计，进而技术难度以及生产成本都大大降低。两型飞船都将采用降落伞减速着陆，不过Dragon V2飞船未来可能会试验动力减速着陆。
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纵观美俄两国的新一代载人飞船，进度最快的就是美国的“猎户座”了。2015年12月5日，“猎户座”飞船完成了首次太空飞行测试任务，这次任务在返回阶段模拟了未来“猎户座”在完成深空任务后高速再入大气层的过程，验证了飞船的防热系统在高速再入情况下的可靠性，第二次飞行试验为2018年，“猎户座”首次由SLS火箭发射升空，首次载人飞行将在2021年实现。
美俄这几型新一代载人飞船虽然存在着各种各样的差异，但是却有很多的共同的特点。从总体布局看，均选择了大舱体直径两舱布局，简化了总体架构，提升了内部容积。从载重量上看，各型飞船最大载员人数较上一代载人飞船扩展了一倍，均达到了6～7人，基本达到了航天飞机的载员水平（航天飞机单次任务载员人数最多为8人，一般情况下都是6～7人），如减少载员人数，也可以携带大量货物，而且还具备了较强的下行货物运输能力（也就是从空间向地面运输载荷）。从经济性上看，都强调了可重复使用这一特点，以节省运行成本。
我国载人航天技术起步较晚，研制周期相对较长，以至于“神舟”飞船刚成熟定型，美俄两国的新一代载人飞船便已经完成了方案设计，甚至开始了原型飞船的制造与实验工作。
向“航天强国”进发
我国“神舟”系列载人飞船从开始研制已经晚了美俄等航天大国近30年, 但我国正加紧研制步伐，也取得了举世瞩目的成就。此次新一代载人飞船试验船的发射成功意味着我国离航天强国又近了一步，“胖五”三兄弟，加油！
2016年升空的“神舟”7号飞船返回舱。除外层防热结构外，里层的金属结构在经历些必要的检测后可重复使用。未来的返回舱将是这台展品的1.6倍大小。与前一代返回舱不同的“倒锥”外形，此外形满足从月球返回遭遇的第二宇宙速度的冲击。本文部分内容摘取自《航空知识》2016年
作者：卢志鎏
风上风云｜云端故事
原标题：《快讯！“胖五”归来第一步：新一代载人飞船试验船的发射成功！》