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我国近期试验成功的新一代载人飞船是全面升级的天地往返交通工具,可重复使用。事实上,目前世界上正在研制的5种载人新飞船都是瞄准可重复使用这个目标去的。

那么,这些新飞船为了可重复使用都做了哪些努力?

防护是“重复使用”的关键

目前世界上正在研制的载人飞船一共有5种,它们全都是瞄准可重复使用这个目标而去的。这5种飞船分别是美国的猎户座飞船、载人龙飞船和星际线飞船,俄罗斯的鹰飞船和中国的新一代飞船。

美国猎户座飞船美国载人龙飞船美国星际线飞船俄罗斯鹰飞船中国新一代载人飞船

载人飞船要想做到可重复使用,需要讨论两个方面的问题。

首先是飞船各种分系统能不能经受得住起飞和再入时的严重冲击,特别是结构分系统会不会因为反复飞行而存在“暗伤”。哪怕一点小小的裂纹,也会在撞击空气的那一瞬间酿成大祸。

第二个方面是飞船的热防护系统的设计。到底是使用每次飞行都更换的烧蚀材料呢,还是使用可以反复用而无需更换的隔热瓦呢?

当年的航天飞机就选择了后一种技术路线,其外表面布设的碳基复合材料隔热瓦在多次飞行中都保持了正常使用。虽然哥伦比亚号航天飞机正是因为隔热瓦被砸出一个裂纹而失事,但这很大程度上不是隔热瓦的错,而是总体设计的问题——美国宇航局不该把航天飞机和外置燃料罐设计成平齐的构型,以至于顶部脱落的防热泡沫砖可以砸到机翼。如果航天飞机是顶在燃料罐上方,并且被整流罩保护起来的话,应该就不会出现这种问题。

航天飞机表面的隔热瓦

因为这项技术在原理上是没毛病的,所以美国空军在目前正在使用的X37B空天飞机上,也采用了和航天飞机一样的多次使用隔热瓦和防热设计。不过由于X37B空天飞机是一种无人飞行器,而且只需要从低轨道返回地球,所以运用这种防热设计的一大缺点是它每次返回都需要进行繁琐的检查、维护,并且还要更换损坏的隔热瓦。

既然这么麻烦,研究人员就开始考虑放弃可重复使用的隔热瓦。这就是猎户座飞船、鹰飞船和中国新一代飞船的热防护方案,而且这3种星际飞船返回大气层的速度更快、摩擦生热更剧烈,用碳基隔热瓦未必能承受住这么高的热冲击。就算人们能设计一种可重复使用的隔热瓦,制造、使用和维护成本恐怕也非常高,可靠性也没有经过验证。因此,这3种飞船都采用了一次性使用的烧蚀材料热防护罩。

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不过大家也发现了,猎户座飞船多少还是继承了航天飞机的一些思想。比如它用块瓦状的烧蚀材料构成了一个覆盖飞船外表面的热防护罩。这样的设计对制造有利(如果在发射准备过程中发现有部分破损,只要更换坏瓦即可,无需更换整个防热罩),但也带来了安装/拆卸过程繁琐、耗时长等问题。

鹰飞船的热防护系统细节尚未披露。中国新一代飞船则采用了新型材料。哈尔滨工业大学在



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